绝对重力仪振动抑制算法优化研究

发布时间：2018-11-15 17:24

【摘要】：高精度绝对重力测量是探测地球重力场信息的重要手段,对地球物理基础学科、资源勘探、国家精密计量等领域的研究起着重要的作用。近年来,我国对地学观测日益重视,建成国家重力台网,高精度绝对重力测量的需求不断上升。为响应国家需求,实现国产高精度绝对重力仪的国产化,打破国际垄断和管控,高精度绝对重力仪的研制火热展开。提高绝对重力仪精度的技术难点在于消除仪器测量过程中地面振动产生的干扰。目前世界各国的绝对重力仪主要通过硬件隔振与算法补偿两种方式消除干扰,主流技术包括美国Micro-gLaCoste公司的超长弹簧装置、反冲落体腔装置与滤波补偿算法,以及德国MPG绝对重力仪的长周期地震计隔振技术。中国地震局地球物理研究所正在开展基于自由下落式激光干涉原理的绝对重力仪研制,采用自主设计的振动划线补偿算法以数据处理的方式抑制振动干扰,仪器测量精度得到较大提高,形成的样机测量精度达到20μGal左右。然而,振动划线补偿算法在落体轨迹构建、不同振动信号计算参数的选取等方面未进行系统性、针对性的优化,还具有进一步完善算法、提高仪器性能的空间。本文的研究内容是针对基于振动划线算法的重力加速度计算算法进行优化,包括落体轨迹重建算法的优化与振动划线算法的优化两部分,使该算法最大限度地抑制振动干扰,提高仪器测量的准确度与精确度。首先,在落体轨迹算法的优化部分里基于过零算法的原理提出了参数的单变量优化问题,设计了优化模型,确定了该算法及仪器设计所涉及的参数。然后通过不同频率、振幅的振动信号对振动划线算法计算结果影响的仿真研究和不同环境下的振动信号特征分析及振动信号的仿真构建,提出了算法过程中相互关联且会影响到计算结果的五个参数及其取值范围,针对这一多变量问题确立了优化标准,设计了多变量优化模型,并根据模型计算得到了四种干扰环境下的最优化算法参数,将全套算法模拟计算的准确度由4μGal以上提高到了1μGal；精确度由18μGal提高到了23μGa1-4.4μGa1.经过近几年的工作,优化后的全套算法参数在应用到北京国家地球观象台山洞基岩点与实验室测点的实际观测后,将仪器重复测量的准确度提高了4.5-5.5倍,仪器在基岩点观测准确度达到了2.3μGal,且整体测量数据精确度得到了提高。本文具体研究成果包括：(1)最优仪器设计参数：参与计算的落体下落距离为0.01cm-7.2c m位移段最佳；采样率为90M-120M最佳。(2)轨迹重建优化参数：建议设置阈值与干涉条纹峰峰值的比值为0.26。(3)不同环境下振动干扰信号特征：(a)仪器自振信号：主频F=[100 50 20]Hz(b)北京国家观象台基岩H03点振动信号：主频F=[85 45 20 110 135]Hz(c)北京国家观象台实验室H08与H09点振动信号：主频F=[110 50 85 20]Hz(d)北京市区贵州大厦H07点振动信号：主频F=[110 55 150 20]Hz(4)不同振动干扰环境下振动划线算法参数：(a)仪器自振信号对应的优化参数组为(1,12,2,15,6)(b)基岩H03点振动信号对应的优化参数组为(1,17,4,8,8)(c)实验室H08与H09点振动信号对应的优化参数组为(1,19,5,19,7)(d)市区H07点振动信号对应的优化参数组为(1,18,4,19,7)(5)计算模型的可视化实现：输入测点振动信号主频,即可输出振动划线算法适应的最优计算参数。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国地震局地球物理研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P315.726

【参考文献】