【摘要】：高精度絕對重力測量是探測地球重力場信息的重要手段,對地球物理基礎學科、資源勘探、國家精密計量等領域的研究起著重要的作用。近年來,我國對地學觀測日益重視,建成國家重力臺網(wǎng),高精度絕對重力測量的需求不斷上升。為響應國家需求,實現(xiàn)國產高精度絕對重力儀的國產化,打破國際壟斷和管控,高精度絕對重力儀的研制火熱展開。提高絕對重力儀精度的技術難點在于消除儀器測量過程中地面振動產生的干擾。目前世界各國的絕對重力儀主要通過硬件隔振與算法補償兩種方式消除干擾,主流技術包括美國Micro-gLaCoste公司的超長彈簧裝置、反沖落體腔裝置與濾波補償算法,以及德國MPG絕對重力儀的長周期地震計隔振技術。中國地震局地球物理研究所正在開展基于自由下落式激光干涉原理的絕對重力儀研制,采用自主設計的振動劃線補償算法以數(shù)據(jù)處理的方式抑制振動干擾,儀器測量精度得到較大提高,形成的樣機測量精度達到20μGal左右。然而,振動劃線補償算法在落體軌跡構建、不同振動信號計算參數(shù)的選取等方面未進行系統(tǒng)性、針對性的優(yōu)化,還具有進一步完善算法、提高儀器性能的空間。本文的研究內容是針對基于振動劃線算法的重力加速度計算算法進行優(yōu)化,包括落體軌跡重建算法的優(yōu)化與振動劃線算法的優(yōu)化兩部分,使該算法最大限度地抑制振動干擾,提高儀器測量的準確度與精確度。首先,在落體軌跡算法的優(yōu)化部分里基于過零算法的原理提出了參數(shù)的單變量優(yōu)化問題,設計了優(yōu)化模型,確定了該算法及儀器設計所涉及的參數(shù)。然后通過不同頻率、振幅的振動信號對振動劃線算法計算結果影響的仿真研究和不同環(huán)境下的振動信號特征分析及振動信號的仿真構建,提出了算法過程中相互關聯(lián)且會影響到計算結果的五個參數(shù)及其取值范圍,針對這一多變量問題確立了優(yōu)化標準,設計了多變量優(yōu)化模型,并根據(jù)模型計算得到了四種干擾環(huán)境下的最優(yōu)化算法參數(shù),將全套算法模擬計算的準確度由4μGal以上提高到了1μGal；精確度由18μGal提高到了23μGa1-4.4μGa1.經(jīng)過近幾年的工作,優(yōu)化后的全套算法參數(shù)在應用到北京國家地球觀象臺山洞基巖點與實驗室測點的實際觀測后,將儀器重復測量的準確度提高了4.5-5.5倍,儀器在基巖點觀測準確度達到了2.3μGal,且整體測量數(shù)據(jù)精確度得到了提高。本文具體研究成果包括：(1)最優(yōu)儀器設計參數(shù)：參與計算的落體下落距離為0.01cm-7.2c m位移段最佳；采樣率為90M-120M最佳。(2)軌跡重建優(yōu)化參數(shù)：建議設置閾值與干涉條紋峰峰值的比值為0.26。(3)不同環(huán)境下振動干擾信號特征：(a)儀器自振信號：主頻F=[100 50 20]Hz(b)北京國家觀象臺基巖H03點振動信號：主頻F=[85 45 20 110 135]Hz(c)北京國家觀象臺實驗室H08與H09點振動信號：主頻F=[110 50 85 20]Hz(d)北京市區(qū)貴州大廈H07點振動信號：主頻F=[110 55 150 20]Hz(4)不同振動干擾環(huán)境下振動劃線算法參數(shù)：(a)儀器自振信號對應的優(yōu)化參數(shù)組為(1,12,2,15,6)(b)基巖H03點振動信號對應的優(yōu)化參數(shù)組為(1,17,4,8,8)(c)實驗室H08與H09點振動信號對應的優(yōu)化參數(shù)組為(1,19,5,19,7)(d)市區(qū)H07點振動信號對應的優(yōu)化參數(shù)組為(1,18,4,19,7)(5)計算模型的可視化實現(xiàn)：輸入測點振動信號主頻,即可輸出振動劃線算法適應的最優(yōu)計算參數(shù)。
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【學位授予單位】：中國地震局地球物理研究所
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P315.726

【參考文獻】

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本文編號：2333955