GEOTECHNOLOGIEN fokusā

Lidojuma gravimetrija: izmantojot gaisa kuģu un kļūdu modeļus, lai iegūtu augstāku izšķirtspēju

Gravimetrija: Lidaparātu mērīšana © IFF / TU Braunschweig
lasīt skaļi

Īpaši ļoti maza mēroga reģionālajām zemes gravitācijas lauka variācijām papildus satelīta mērījumiem ir vēl viena metode: Zemes gravitācijas lauka mērīšana no lidmašīnām. Lidojuma gravimetrijā Zemes gravitācijas lauku parasti nosaka, izmantojot augstas izšķirtspējas akselerometru, kas uzstādīts uz lidaparāta žirostabilizētas platformas. Tas tiek panākts ar trīs līdz astoņiem kilometriem ievērojami lielāku telpisko izšķirtspēju nekā satelīta mērījumi.

Bet ar to daudzām lietojumprogrammām, piemēram, dabas resursu meklēšanai, tas joprojām ir par maz. Šeit ir nepieciešama aptuveni viena kilometra izšķirtspēja. Turklāt parastās metodes joprojām ir salīdzinoši dārgas, jo sensorus var uzstādīt tikai lielākos gaisa kuģos ar diviem dzinējiem.

Žiroskopijas vietā “StrapDown”

Tagad šeit varētu palīdzēt jauna mērīšanas metode. Kopīgajā projektā, ko finansē īpašā programma GEOTECHNOLOGIEN, Braunšveigas Tehniskās universitātes un Bavārijas Zinātņu akadēmijas pētnieki strādā pie tā saucamās "strap down" metodes izstrādes.

Šajā metodē sensors nav uzstādīts uz žiroskopu platformas, bet gan stingri savienots ar gaisa kuģi. Tā kā šādā veidā vēl mazākas mašīnas relatīvi viegli var pārveidot par mērīšanas lidmašīnām, tas nozīmē ne tikai izmaksu ietaupījumu, bet galvenokārt precizitātes ieguvumu: Tā kā mērījumus var veikt arī no zemāka augstuma - sensori, tā sakot, "tuvojas" - var sasniegt labāku telpisko izšķirtspēju.

Turbulence kā graujošie faktori

Diemžēl lidojuma gravimetrs ne tikai reģistrē to, ko tam vajadzētu izmērīt, proti, gravitācijas paātrinājumu, bet arī ārkārtīgi jutīgi reaģē uz vismazākajām izmaiņām testa gaisa kuģa trajektorijā. Pirmkārt, gaisa nestabilitāte izraisa gaisa kuģu un sensoru svārstības un var viltot datus. displejs

Principā šos traucējumus patiešām var izmērīt ar papildu sensoru un atskaitīt no noteiktā kopējā paātrinājuma, taču šī metode ir ļoti jutīga pret kļūdām un nepieļauj lielu precizitāti. Tā kā gaisa turbulences viļņa garums ir aptuveni tādā pašā diapazonā kā izmērāmā gravitācijas paātrinājuma variācijas, arī citādi parastie joslas filtri ir neefektīvi. Cita starpā lidojuma gravimetri mūsdienās vēl nesasniedz precizitāti, kas nepieciešama daudzām lietojumprogrammām.

Virtuāls "kļūdu filtrs"

Tāpēc TU Braunšveiga Gaisa kuģu vadības institūta Projekta Lidmašīnas gravimetrija darbinieki izmanto pašu izstrādātu risinājumu: Mērījumu kļūdu modelēšana to turpmākajai kompensācijai. Faktisko mērījumu, piemēram, gaisa turbulences, vietā tiek precīzi modelēta to ietekme, un šo modeli izmanto kā "kļūmju filtru".

Pamatprincips šķiet loģisks: ja cilvēks zina visas kļūdu iespējas un aiz tām esošos fizikāli matemātiskos mehānismus, tās var izfiltrēt no vērtībām, un rezultāts ir bez kļūdām veikts mērījums. Pagaidām teorija.

Tomēr praksē viss nav tik vienkārši, jo jo augstākas ir prasības pret mērījumu precizitāti, jo sarežģītāki ir kļūdu modeļi. Lidojuma gravimetrijā un ar to saistītajā paātrinājuma mērīšanā pētnieki izvirzīja mērķi sasniegt ārkārtīgi augstu precizitāti 10–5 m / s . Tomēr šajā mērījumu diapazonā kļūdu modeļi kļūst ļoti sarežģīti, nelineāri un mainīgi ar laiku. Kļūdu labojums šeit var darboties tikai tad, ja modelis reālajā laikā atpazīst un filtrē dažādus kļūdu koeficientus. Tajā pašā laikā ir jāizstrādā un jāīsteno īpaši lidojuma manevri, kas atsevišķus bojājumu komponentus atdala viens no otra un tādējādi padara tos vieglāk atpazīstamus traucējummeklēšanas modeļos.

Ar teorētiskiem apsvērumiem, simulācijām un, visbeidzot, lidojuma pārbaudēm ar testa lidmašīnu TU Braunšveiga pētnieki vēlas ieviest savu pieeju praksē. Pirmkārt, viņiem ir jāidentificē ar kļūdu saistītie parametri un pēc tam jāizveido gravimetra un augstuma sensora dinamiskie kļūdu modeļi, lai tie atbilstu ārkārtīgi augstas precizitātes prasībām. Pēc modeļa izveidošanas tas tiek pārbaudīts, izmantojot lidojuma laikā kalibrēšanas paņēmienus. Papildus sensoriem ir jāmodelē datu pārraides saskarnes, kā arī datora algoritmi.

Pētījumi tīklā

Citas pētījumu grupas, piemēram, Minhenes Bundesveras universitātes Zemes mērīšanas un navigācijas institūtā, savus pētījumus koncentrē uz navigācijas sistēmu un lidmašīnu orientācijas metožu optimizāciju.

Kopumā trīs pētniecības institūtiem un diviem vidējiem uzņēmumiem nākamo divu gadu laikā ir jāizstrādā trīs dažādas lidojumu gravimetrijas koncepcijas, jāsalīdzina tās un jāpadara tās izmantojamas ekonomiskajā izmantošanā.

(IFF / TU Braunšveiga, BADW, IFEN / UniBW Minhene, 08.09.2003. - NPO)