1.一种航空重力梯度仪自梯度补偿方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
1)以重力梯度仪中心为原点,东北天方向为坐标轴建立重力梯度仪坐标系oxgygzg和运载体坐标系oxbybzb,所述重力梯度仪坐标系oxgygzg表示为g系,运载体坐标系oxbybzb表示为b系;初始时刻g系与b系重合;
2)调整运载体姿态,采集并记录运载体姿态信息、燃油质量信息和重力梯度仪输出信息,然后进行自梯度标定;
3)根据下式计算g系到b系的旋转矩阵
其中,ψ、λ和 分别为运载体的航向角、俯仰角和横滚角;
根据下式计算在g系下运载体姿态变化前后的重力梯度张量元素变化量,即运载体姿态变化引起的自梯度分量:
其中, 为在g系下运载体姿态角为ψ、λ和 时对应的在x轴方向上的重力加速度分量在x轴方向上的空间导数变化量, 为在g系下运载体姿态角为ψ、λ和时对应的在x轴方向上的重力加速度分量在y轴方向上的空间导数变化量, 为在g系下运载体姿态角为ψ、λ和 时对应的在x轴方向上的重力加速度分量在z轴方向上的空间导数变化量, 为在g系下运载体姿态角为ψ、λ和 时对应的在y轴方向上的重力加速度分量在y轴方向上的空间导数变化量, 为在g系下运载体姿态角为ψ、λ和 时对应的在y轴方向上的重力加速度分量在z轴方向上的空间导数变化量,为在g系下运载体姿态角为ψ、λ和 时对应的在z轴方向上的重力加速度分量在z轴方向上的空间导数变化量,I6×6为6行6列单位矩阵, 为在b系下运载体姿态角为ψ、λ和时对应的在x轴方向上的重力加速度分量在x轴方向上的空间导数, 为在b系下运载体姿态角为ψ、λ和 时对应的在x轴方向上的重力加速度分量在y轴方向上的空间导数, 为在b系下运载体姿态角为ψ、λ和 时对应的在x轴方向上的重力加速度分量在z轴方向上的空间导数, 为在b系下运载体姿态角为ψ、λ和 时对应的在y轴方向上的重力加速度分量在y轴方向上的空间导数, 为在b系下运载体姿态角为ψ、λ和 时对应的在y轴方向上的重力加速度分量在z轴方向上的空间导数, 为在b系下运载体姿态角为ψ、λ和 时对应的在z轴方向上的重力加速度分量在z轴方向上的空间导数, 为在b系下运载体姿态角为ψ、λ和 时重力梯度仪输出的重力梯度分量信息, 为重力梯度向量矩阵;
4)根据下式计算在t时刻,在g系下运载体姿态角为ψ、λ和 时对应的燃油消耗引起的自梯度分量:
其中,t为时间,To为燃油总消耗时间, 为在t时刻,在g系下运载体姿态角为ψ、λ和 时对应的燃油消耗引起的自梯度分量Γxx, 为在t时刻,在g系下运载体姿态角为ψ、λ和 时对应的燃油消耗引起的自梯度分量Γxy, 为在t时刻,在g系下运载体姿态角为ψ、λ和 时对应的燃油消耗引起的自梯度分量Γxz,为在t时刻,在g系下运载体姿态角为ψ、λ和 时对应的燃油消耗引起的自梯度分量Γyy,为在t时刻,在g系下运载体姿态角为ψ、λ和 时对应的燃油消耗引起的自梯度分量Γyz, 为在t时刻,在g系下运载体姿态角为ψ、λ和 时对应的燃油消耗引起的自梯度分量Γzz, 为在b系下燃油无消耗、运载体姿态角为ψ、λ和 时燃油质量变化引起的自梯度分量Γxx, 为在b系下燃油无消耗、运载体姿态角为ψ、λ和 时燃油质量变化引起的自梯度分量Γxy, 为在b系下燃油无消耗、运载体姿态角为ψ、λ和 时燃油质量变化引起的自梯度分量Γxz, 为在b系下燃油无消耗、运载体姿态角为ψ、λ和 时燃油质量变化引起的自梯度分量Γyy, 为在b系下燃油无消耗、运载体姿态角为ψ、λ和 时燃油质量变化引起的自梯度分量Γyz,为在b系下燃油无消耗、运载体姿态角为ψ、λ和 时燃油质量变化引起的自梯度分量Γzz,为在b系下燃油无消耗时运载体姿态角为ψ、λ和 时运载体姿态改变引起的自梯度分量;
5)根据下式计算在g系下重力梯度仪测量到的真实重力梯度分量:
其中, 为在t时刻,在g系下运载体姿态角为ψ、λ和 时重力梯度仪测量到的真实重力梯度分量Γxx, 为在t时刻,在g系下运载体姿态角为ψ、λ和 时重力梯度仪测量到的真实重力梯度分量Γxy, 为在t时刻,在g系下运载体姿态角为ψ、λ和 时重力梯度仪测量到的真实重力梯度分量Γxz, 为在t时刻,在g系下运载体姿态角为ψ、λ和 时重力梯度仪测量到的真实重力梯度分量Γyy, 为在t时刻,在g系下运载体姿态角为ψ、λ和 时重力梯度仪测量到的真实重力梯度分量Γyz,为在t时刻,在g系下运载体姿态角为ψ、λ和 时重力梯度仪测量到的真实重力梯度分量Γzz, 为在t时刻,在b系下运载体姿态角为ψ、λ和 时重力梯度仪实际输出的重力梯度分量Γxx, 为在t时刻,在b系下运载体姿态角为ψ、λ和 时重力梯度仪实际输出的重力梯度分量Γxy, 为在t时刻,在b系下运载体姿态角为ψ、λ和 时重力梯度仪实际输出的重力梯度分量Γxz, 为在t时刻,在b系下运载体姿态角为ψ、λ和 时重力梯度仪实际输出的重力梯度分量Γyy, 为在t时刻,在b系下运载体姿态角为ψ、λ和 时重力梯度仪实际输出的重力梯度分量Γyz, 为在t时刻,在b系下运载体姿态角为ψ、λ和 时重力梯度仪实际输出的重力梯度分量Γzz。
2.根据权利要求1所述的航空重力梯度仪自梯度补偿方法,其特征在于,所述步骤2)中的运载体姿态信息为俯仰角、航向角和横滚角信息,由重力梯度仪稳定平台的角传感器获得。
3.根据权利要求1所述的航空重力梯度仪自梯度补偿方法,其特征在于,所述步骤2)的内容在地面上进行,所述自梯度标定是在采集并记录运载体姿态信息和燃油质量信息过程中,根据状态调整前后重力梯度仪输出的重力梯度变化量确定不同状态与重力梯度仪实际输出之间的对应关系。
4.根据权利要求1、2或3所述的航空重力梯度仪自梯度补偿方法,其特征在于,所述步骤3)中的重力梯度向量矩阵 根据下式计算:
其中,C11为 中的第1行、第1列元素,C12为 中的第1行、第2列元素,C13为 中的第1行、第3列元素,C21为 中的第2行、第1列元素,C22为 中的第2行、第2列元素,C23为 中的第2行、第3列元素,C31为 中的第3行、第1列元素,C32为 中的第3行、第2列元素,C33为中的第3行、第3列元素。