论文专区▏SⅡ型海洋重力仪加速度计水平的调整

【编者按：在对SⅡ型海洋重力仪加速度计水平调整的时候，有时会遇到纵、横水准气泡已经居中，而纵、横加速度计的输出却比较大，一个方向的水准气泡已经居中，另一个方向的气泡来回振荡等现象，虽然长时间、多次进行加速度的水平调整，也无法达到要求。针对出现的这些问题，提出了通过修改系统配置文件达到加速度计水平的目的。经实际应用，该方法有效可行，它对加速度计水平的调整起到很好的补充作用。通过对比，为侧扫声纳系统的选用和引进提供了依据。本文发表在《海洋测绘》2015年第1期上，现编发给朋友们阅读了解。董庆亮，男，1972出生，山东曲阜人，高级工程师，硕士，主要从事海洋测量和数据处理方面的研究。】

文/董庆亮 秦清亮 李明叁 杨建宇 魏建志

一、引言

L&R SⅡ型海洋重力仪采用了DSP数字信号处理技术、更先进的第三代光纤陀螺仪、更高响应速度的力矩马达等，它具有结构一体化，重量轻型化，全自动电子控制，维护、操作使用简便，动态测量精度和系统可靠性高等特点^[1-2]。目前它是海洋重力测量使用最广泛的重力仪器之一。

SⅡ海洋重力仪主要由稳定平台、重力传感器和数字控制系统三部分组成^[3-4]。重力仪稳定平台由两个方向互相垂直的陀螺仪感应平台的水平偏角，用两个方向互相垂直的加速度计来校正陀螺仪的漂移^[5-6]。在测量中，稳定平台为重力传感器提供水平基准面，其调平精度对海洋重力测量的精度有着重要的影响，在没有水平加速度的条件下，如果平台与重力矢量准确垂直，则加速度计的输出为零，如果加速度计的输出不为零，说明稳定平台不在水平基准面，那么测量的重力值就存在较大的误差，此时，必须对加速度计进行水平调整，以确保测量中稳定平台在水平基准面上。然而常规调整加速度计水平的方法有时不起作用，本文将介绍一种有效的调整方法。

二、加速度计在海洋重力仪稳定平台中的作用

　　在海洋重力测量中，为了给重力传感器提供一个水平基准面，必须使用一个稳定平台，SⅡ型海洋重力仪稳定平台有两个分别互相垂直的光纤陀螺仪和加速度计，以及两个力矩马达。光纤陀螺仪和加速度计都安装在传感器的顶部，图1所示。稳定平台的核心部件是光纤陀螺仪^[7]。理想的陀螺仪能在空间保持恒定的方向，它的输出信号与它偏离某个基准位置的角度成正比，输出信号再经过放大和滤波之后控制伺服力矩马达，力矩马达再驱动稳定平台调整到其原来位置，确保稳定平台的水平位置。

然而实际的陀螺仪会有漂移，如果让漂移积累起来将会产生很大的误差。为此SⅡ型海洋重力仪采用加速度计来克服陀螺的漂移，在没有水平加速度的条件下，如果平台与重力矢量准确垂直，则加速度计的输出为零。当陀螺发生漂移时，重力与平台不严格垂直，则加速度计输出重力的分量。利用反馈系统，将加速度信号反馈到陀螺仪，用力矩马达驱动陀螺仪恢复到其原来位置，即将平台调准到原来的水平基准面。

三、加速度计水平调整

在海洋重力测量中，海洋重力仪观测误差的总和不得大于±1. 0mGal^[8]，这其中外界干扰加速度引起的测量误差是主要部分之一。在静态环境下，稳定平台不水平造成加速度计有输出，会对测量精度造成很大的影响，因此，在重力仪安装以后，要在静态环境下，对稳定平台进行水平调节。

加速度计的输出以图形的形式显示在数字控制系统的屏幕右上方。如果重力仪稳定平台是完全水平的，在没有水平加速度的情况下，加速度计的输出应该为零，但由于受环境的影响，还要考虑地球固体潮的影响，加速度计的输出一般不为零，而是接近于零的一个非常小的值，平台上的纵横两个水准气泡都必须居中。当纵横两个加速度计的输出都接近于零，说明重力仪的稳定平台趋于水平状态。当不满足上述条件时，需要调整加速度计的水平位置，特别是在打开和重新安装传感器上盖板后需要调整^[9]。图2为加速度计的输出比较大的情况，必须进行调整。调整时需要将重力仪放在陆地上，环境安静的工作室中进行。

⒈ 常规加速度计的调整方法

必须在重力仪稳定以后，才能进行加速度计的调整。查看平台顶上的水准气泡，对气泡没有居中，并且偏离比较大的方向上的加速度计进行调整。

⑴ 在调加速度计水平前，轻轻敲打加速度计顶部，以消除可能的滞后现象。

⑵ 按照加速度计旁边的标志旋转相应的铜螺丝，以调整水准气泡位置。

⑶ 由于加速度计有4min的响应时间，每次调螺丝后要等5~10min，才能看到调整结果。

⑷ 重复上述步骤，直到两个水准气泡偏离中心1/5 格之内^[10]。

⒉ 常规加速度计调整方法存在的问题

利用常规加速度计调整方法调整后，在CROSS与LONG两个方向上有时会出现一个方向的水准气泡居中，一个方向的气泡不稳定，随着平台的轻微调整来回振荡，无论怎样调整加速度计旁边的标志旋转相应的铜螺丝都无法调整好。反应在屏幕加速度计输出图形上，可以看出一个方向的加速度计输出接近于零，一个方向的输出值还比较大，而且来回变动，成正弦图形，见图3。

另外，利用常规加速度计调整方法调整后，有时还会出现这样一个问题:在CROSS与LONG两个方向上的水准气泡都已经居中，平台相对稳定，但CROSS与LONG两个方向上的加速度计输出还比较大，同样经过反复调整加速度计，还是无法达到要求，这个问题和上面的问题差不多。

四、常规加速度计调整方法存在问题的解决

在重力仪器的系统配置文件ASⅡ_Sw.ini中有关于加速度计水平调整偏差的补偿改正^[11]。因此，当通过常规调整方法无法将水平气泡居中，或已经把水平气泡调整居中，但加速度计输出值没有接近零时，可以修改配置文件中的补偿改正值，来达到加速度计水平调整的目的。

但是一定要注意，系统配置文件是仪器出厂前公司为保证仪器的性能设置的，它直接影响着测量数据的质量和精度，所以在没有百分之百的把握情况下，不要轻易改动里面的内容，为避免出现不必要的麻烦，改动之前，最好把配置文件进行备份，当修改后发现不能解决问题时，再恢复过去。配置文件中:

CROSS_offset=-0.0026（横向补偿改正）

LONG_offset=-0.01128（纵向补偿改正）

这两项内容仅仅是对加速度计水平调整偏差的补偿改正，通过修改这里，不会对其它检验调整造成影响。

修改补偿改正的方法:

⑴ 看屏幕上加速度计输出图形，取加速度计输出绝对值数字最大的那个值，假设为A，除以26.66^[12]，即B=A/26.66，注意要保持数字A的符号。

⑵ 打开ASⅡ_Sw.ini文件，在相对应的方向上，用原来的数字减去B。比如现在仪器的最大纵向偏差为0.12，即A=0.12，那么:

B =A/26.66=0.00450，

LONG_offset=-0.01128-0.00450=-0.01578

把计算的-0.01578值替换掉原来的LONG_offset纵向偏差补偿值。

⑶ 保存ASⅡ_Sw.ini文件，退出数字控制系统，不需要关闭计算机，重新进入系统。

⑷ 重力仪稳定后，看水平气泡和加速度计的输出值，是否符合要求，有时不可能一次调整成功，因为加速度计的输出值是变动的，取A值时不一定取得很准。如果不符合要求，可按照上面的方法再进行调整，直到加速度计的输出值接近零，水准气泡居中为止。

五、结束语

　　SⅡ型海洋重力仪稳定平台为重力传感器提供水平基准面，其调平精度对海洋重力测量有着重要的影响，其中加速度计是否水平对重力仪稳定平台是否在水平基准面上起着至关重要的作用。在加速度计的调整中，需要在陆地、安静的环境下，一定要先使用常规调整方法，调整时要耐心、细致，经过多次的调整，仍然达不到要求，并出现本文叙述的现象时，再考虑通过修改系统配置文件的方法进行。

参考文献:

[1]欧阳永忠，孙　毅，黄谟涛，等.SⅡ型海洋重力仪的特点和使用[J].海洋测绘，2006(3):75-77.

[2]杨建宇，凌　志，董庆亮，等.SⅡ型海洋重力仪摆增益调节方法与应用[J].海洋测绘，2013(4):48-50.

[3]陈岳英，董庆亮，韩文华，等.SⅡ型海洋重力仪稳定平台倒台故障分析与处理[J].海洋测绘，2009(6):55-57.

[4]曹顺玉，刘元明，董庆亮，等.海洋重力场的测量及对中远程导弹发射的影响[J].军事测绘，2011(4):12-14.

[5]黄谟涛，管　铮，翟国君，等.海洋重力测量理论方法及其应用[M].北京:海潮出版社，1997.

[6]梁开龙，刘雁春，管　铮，等.海洋重力测量与磁力测量[M].北京:测绘出版社，1996.

[7]董庆亮，杨建宇，丰　斌.光纤陀螺仪及其在海洋重力仪中的应用[J].测绘时空，2011(2):03-05.

[8]GJB 890A-2008.海洋重力测量规范[S].北京:总装备部军标出版发行部，2008.

[9]LaCoste&Rombergcompany Air-Sea Dynamic Gravity Instruction Manual[S].1998.

[10]黄谟涛，翟国君，管　铮，等.海洋重力场测定及其应用[M].北京:测绘出版社，2005.

[11]LaCoste&Rombergcompany Air-Sea Dynamic Gravity Instruction Manual[S].1997.

[12]LaCoste&RombergModel“S”Air-Sea Dynamic Gravity InstructionManual[S].2004.

■论文专区的文章均为在《海洋测绘》上刊发的论文，若其他公众平台转载，请备注论文作者，并说明文章来源，版权归《海洋测绘》所有。