ES2959449T3 - Gravímetro de vector absoluto y métodos para medir un vector de gravedad absoluta - Google Patents
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Abstract
Se proporciona un gravímetro vectorial absoluto y un método de uso. El gravímetro vectorial absoluto incluye uno o más acelerómetros de un solo eje, cada uno de ellos capaz de apuntar en al menos dos direcciones y calcular un componente de gravedad estimado. Realizaciones adicionales proporcionan la estimación de un sesgo en el acelerómetro de un solo eje, así como la medición de aceleraciones no balísticas a lo largo de múltiples ejes y el cálculo de componentes de gravedad estimados para cada uno. Se puede calcular un vector de aceleración no balística resultante. También se proporcionan ejemplos para reducir el error RMS en los componentes de gravedad estimados. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Gravímetro de vector absoluto y métodos para medir un vector de gravedad absoluta
CAMPO
[0001]Las formas de realización descritas se refieren a gravímetros y, más específicamente, a un gravímetro para determinar el vector de gravedad local absoluto e insesgado.
ANTECEDENTES
[0002]Los gravímetros tienen un error de medición inherente, generalmente denominado sesgo, que en general varía aleatoriamente con el tiempo. En instrumentos bien construidos, el sesgo se desplaza lentamente, de modo que es posible completar una medición, o a veces varias mediciones, antes de que el sesgo se haya desviado significativamente. Sin embargo, incluso cuando es posible tomar varias mediciones antes de que el sesgo se haya desviado demasiado, comparar mediciones tomadas en diferentes momentos puede requerir un complejo esquema de calibraciones. El documento US 2005/022402 A1 da a conocer un sistema de navegación para un vehículo motorizado. Este sistema de navegación cuenta con varios acelerómetros de un solo eje con cardán para medir la gravedad y determinar la dirección del vehículo motorizado. El documento US 2005/022402 A1 describe la determinación y eliminación de sesgos realizando mediciones para cada acelerómetro en una configuración arriba-abajo. No se dan detalles sobre la secuencia de cálculos ni sobre qué mediciones se utilizan para determinar cada sesgo.
RESUMEN
[0003]Según una primera realización, se proporciona un gravímetro vectorial absoluto según la reivindicación 1. El gravímetro comprende una base y un primer cardán de un solo eje conectado operativamente a la base, los primeros cardanes de un solo eje que soportan el primer y otros acelerómetros, conectados eléctricamente a un procesador.
[0004]En otra forma de realización, el procesador está configurado además para:
operar el segundo cardán de un solo eje para apuntar el segundo acelerómetro de un solo eje en una sexta dirección a lo largo de un cuarto eje de medición, en donde el cuarto eje de medición es perpendicular al tercer eje de medición:
operar el segundo acelerómetro de un solo eje para tomar una sexta medición cuando apunta en la sexta dirección; y
utilizar la sexta medición y el segundo sesgo estimado para calcular un cuarto componente de gravedad estimado a lo largo del cuarto eje de medición.
[0005]En otra forma de realización, el primer eje de medición y el tercer eje de medición son coaxiales, en donde el primer componente de gravedad estimado n y el tercer componente de gravedad estimado proporcionan comprobaciones redundantes entre sí.
[0006]En otra forma de realización, tres de los ejes de medición son perpendiculares entre sí, en donde el procesador está configurado para calcular un componente de gravedad estimado a lo largo de cada uno de los 3 ejes perpendiculares, en donde el procesador está configurado para combinar los componentes de gravedad estimados a lo largo de cada uno de los tres ejes perpendiculares en un vector de aceleración resultante.
[0007]En otra forma de realización, el procesador está configurado además para repetir cada medición una pluralidad de veces y combinar los componentes de gravedad estimados de todos los ciclos de medición, reduciendo así el efecto del ruido blanco en los componentes de gravedad estimados.
[0008]En otra forma de realización, el procesador está conectado al primer acelerómetro de un solo eje mediante una conexión cableada, limitando así el rango de ángulos a través del cual el primer cardán de un solo eje es capaz de girar.
[0009]En otra forma de realización, el gravímetro vectorial absoluto comprende además un sensor de ángulo para medir al menos una de la posición angular del primer acelerómetro de un solo eje y la velocidad angular del primer acelerómetro de un solo eje cuando el primer cardán de un solo eje está girando. El procesador está configurado además para:
operar el primer acelerómetro de un solo eje para tomar una medición del componente de aceleración centrípeta cuando el primer cardán de un solo eje está girando;
calcular un valor esperado de la medición del componente de aceleración centrípeta usando características geométricas conocidas del gravímetro vectorial absoluto y una medición del sensor de ángulo;
comparar la medición del componente de aceleración centrípeta con el valor esperado de la medición del componente de aceleración centrípeta para obtener una calibración de extremo a extremo para la ganancia del gravímetro vectorial absoluto; y
corregir la primera aceleración medida utilizando la calibración de extremo a extremo.
[0010]En otra forma de realización, el primer eje de medición, el segundo eje de medición y el tercer eje de medición son todos perpendiculares entre sí, en donde el procesador está configurado para calcular un componente de aceleración no balística estimado a lo largo de cada uno de los tres ejes perpendiculares, en donde el procesador está configurado para combinar los componentes de aceleración no balística estimados a lo largo de cada uno de los tres ejes perpendiculares en un vector de aceleración resultante.
[0011]Según otra forma de realización, se proporciona un método para medir al menos un componente de un vector de aceleración no balístico de acuerdo con la reivindicación 9.
[0012]En otra forma de realización, el método comprende, además:
usar el segundo acelerómetro de eje único para tomar una sexta medición en una sexta dirección a lo largo de un cuarto eje de medición, en donde el cuarto eje de medición es perpendicular al tercer eje de medición; y
usar la sexta medición y el segundo sesgo estimado para calcular un cuarto componente de gravedad estimado a lo largo del cuarto eje de medición.
[0013]En otra forma de realización, tres de los ejes de medición son perpendiculares entre sí, comprendiendo además el método calcular un componente de gravedad estimado a lo largo de cada uno de los tres ejes perpendiculares y combinar los tres componentes de gravedad estimados en un vector de gravedad estimado resultante.
[0014]En otra forma de realización, el método comprende además calcular una magnitud del vector de gravedad estimado resultante calculando la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de los tres componentes de gravedad estimados.
[0015]En otra forma de realización, el método comprende además repetir cada medición una pluralidad de veces y combinar los componentes de gravedad estimados de todos los ciclos de medición con el fin de reducir el efecto del ruido blanco en los componentes de gravedad estimados.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
[0016]Para una mejor comprensión de las formas de realización de ejemplo descritas y para mostrar más claramente cómo pueden llevarse a cabo, ahora se hará referencia, a modo de ejemplo, a los dibujos adjuntos en los que:
La Figura 1A muestra una representación esquemática de un gravímetro de vector absoluto con acelerómetro de un solo eje montado sobre un cardán de un solo eje.
La Figura 1B muestra una representación esquemática de un gravímetro vectorial absoluto con un acelerómetro de un solo eje montado en un cardán de un solo eje.
La Figura 2 es un gráfico de un ejemplo de señal de salida de un acelerómetro en el dominio del tiempo.
La Figura 3 es un ejemplo de gráfico de densidad espectral de potencia de una señal de salida de ejemplo de un acelerómetro en el dominio de la frecuencia.
La Figura 4 muestra una representación esquemática de un gravímetro vectorial absoluto con un acelerómetro de un solo eje montado en un cardán de un solo eje que incorpora un sensor de ángulo.
La Figura 5A muestra una representación esquemática de un gravímetro vectorial absoluto con un acelerómetro de un solo eje montado en un cardán de un solo eje.
La Figura 5B muestra una gráfica de una señal de gravedad versus un ángulo de medición.
DESCRIPCIÓN DE FORMAS DE REALIZACIÓN DE EJEMPLO
[0017]Las Figuras 1A y 1B muestran representaciones esquemáticas de dos formas de realización de un gravímetro vectorial absoluto, 100a y 100b respectivamente, con un acelerómetro de un solo eje montado en un cardán de un solo eje. El cardán de un solo eje está montado sobre una base (no mostrada). Los expertos en la técnica apreciarán que la base puede ser cualquier miembro adecuado para soportar el cardán de un solo eje en la aplicación prevista. En la Figura 1A, el acelerómetro de un solo eje 110 está montado en un cardán de un solo eje 112a con un rango de movimiento de 180 grados. En la Figura 1B, el acelerómetro de un solo eje 110 está montado en un cardán de un solo eje 112b con un rango de movimiento de 360 grados. El montaje del acelerómetro de un solo eje 110 en un cardán de un solo eje 112a, 112b permite que el eje sensible del acelerómetro de un solo eje 110 apunte en direcciones opuestas a lo largo de un eje de coordenadas. Por ejemplo, el cardán de un solo eje 112a, 112b es capaz de apuntar el acelerómetro de un solo eje 110 en la dirección z positiva y en la dirección z negativa, como se muestra. En ambos casos, el acelerómetro 110 de un solo eje está conectado operativamente a un procesador (no mostrado) para procesar la salida del acelerómetro 110 de un solo eje como se describe a continuación para llegar a un valor insesgado para el componente del vector de gravedad local a lo largo del eje de medición.
[0018]Cabe señalar que el instrumento aquí descrito mide una aceleración no balística. Por ejemplo, un gravímetro vectorial absoluto 100 en caída libre mediría cero porque estaría siguiendo una trayectoria balística, mientras que el mismo gravímetro vectorial absoluto 100 colocado en la superficie de la Tierra mediría la gravedad superficial en esa ubicación (con pequeñas contribuciones de los efectos de la rotación y gravitacionales del planeta de otros cuerpos pequeños y/o distantes) porque, al estar inmóvil en la superficie, su aceleración real es igual al negativo de la aceleración balística en ese lugar. Como otro ejemplo, el mismo gravímetro vectorial absoluto ubicado en una nave espacial en vuelo mientras es acelerada por un sistema de propulsión mediría la aceleración impartida por el funcionamiento del sistema de propulsión. Dicho de otra manera, el gravímetro vectorial absoluto 100 mide la diferencia entre la fuerza específica local debida a la gravedad (aceleración gravitacional local) y la aceleración real del instrumento con respecto a un sistema de referencia inercial. Las referencias a medir un vector de aceleración y medir un vector de gravedad y medir un vector de aceleración no balística se usan generalmente de manera intercambiable en el presente documento, y cada una abarca a la otra. En consecuencia, cuando se describe que el gravímetro vectorial absoluto 100 mide el vector de gravedad local, se entiende que el instrumento está estacionario sobre la superficie de un planeta u otro cuerpo celeste.
[0019]El acelerómetro de un solo eje 110 puede ser cualquier dispositivo adecuado elegido por su sensibilidad deseada y su capacidad para operar eficazmente en el entorno en el que se espera que se utilice. Por ejemplo, se ha descubierto que un Q-Flex QA2000, de Honeywell™ proporciona buena sensibilidad y se espera que pueda funcionar adecuadamente en aplicaciones terrestres y espaciales.
[0020]El cardán de un solo eje 112a, 112b puede ser cualquier cardán mecánico elegido por su capacidad para operar bajo las condiciones ambientales esperadas siempre que sea capaz de girar repetidamente a través de un ángulo seleccionado y mantener estable el acelerómetro de un solo eje 110 mientras se toman las mediciones. Aunque las formas de realización descritas en el presente documento son operables cuando el ángulo seleccionado es tan pequeño como 60 grados o menos, en la invención el ángulo seleccionado es al menos 180 grados. Es posible que se requiera un modelado más complejo para ángulos distintos de 180 grados y se discutirá a continuación en referencia a la Figura 5. En consecuencia, el cardán de eje único 112a, 112b es capaz de girar repetidamente al menos 180 grados y mantener alineado el acelerómetro de eje único 110 con el eje de medición en cada una de dos direcciones opuestas durante la duración de cada medición.
[0021]El procesador (no mostrado) puede ser cualquier dispositivo adecuado para llevar a cabo los cálculos requeridos y emitir los comandos requeridos, como se describe a continuación. El procesador puede ser un dispositivo de hardware dedicado, como un chip de computadora, o puede ser una implementación de software en una computadora de uso general. El procesador puede ser una sola unidad ubicada cerca de la base del instrumento o implementarse en un sistema distribuido con componentes en diferentes ubicaciones conectados a través de una red u otros medios para comunicar mediciones. Por ejemplo, el componente del procesador “a bordo” puede funcionar sólo para recopilar datos y controlar el instrumento mientras la señal sin procesar se transmite a otro lugar para un posprocesamiento y análisis adicionales. En otro ejemplo, los datos de medición pueden recopilarse localmente y almacenarse en un medio de almacenamiento (tal como un DVD o una unidad flash) y luego transportarse a otra computadora. Una implementación de ejemplo de este tipo se puede utilizar en una aplicación de pruebas de laboratorio o de topografía terrestre.
[0022]El ejemplo más simple se describirá primero, mientras que a continuación se analizará el caso general más complejo. En la forma de realización preferida más simple, un ciclo de medición operativa comprende:
•Girar el cardán para alinear el acelerómetro de un solo eje con un eje de medición positivo elegido, por ejemplo, la dirección del eje z en la Figura 1A;
•Medir la señal del acelerómetro mientras apunta en esa primera dirección;
•Girar el cardán 180 grados para alinear el acelerómetro de un solo eje con el eje de medición negativo, por ejemplo, la dirección del eje -z en la Figura 1A; y
•Medir la señal del acelerómetro mientras apunta en esa segunda dirección;
•Estimar el sesgo sumando las dos medidas anteriores y dividiéndolas por dos;
•Estimar la gravedad a lo largo del eje de medición positivo restando la segunda medición de la primera medición y dividiendo esa diferencia por dos;
[0023]Cada ciclo de medición genera un par de mediciones que consta de una medición a lo largo de cada uno de los ejes de medición positivo y negativo elegidos. Un único par de mediciones es suficiente para estimar el valor actual de la polarización del acelerómetro de un solo eje 110 y corregir el valor medido del componente del vector de gravedad local a lo largo del eje de medición hasta un grado de precisión limitado por la tasa de deriva del sesgo y el ruido blanco en el sistema. En particular, la primera medición incluye la polarización del acelerómetro más el componente del vector de gravedad en la primera dirección (el eje de medición positivo), más un error debido al ruido; mientras que la segunda medición incluye la polarización del acelerómetro menos el componente del vector de gravedad en la primera dirección (el eje de medición positivo), más un error (diferente) debido al ruido. Así, la mitad de la suma de las dos mediciones es igual a la polarización del acelerómetro (más los efectos debidos al ruido), mientras que la mitad de la diferencia entre las dos mediciones es igual al componente del vector de gravedad local a lo largo del eje de medición (más efectos por ruido).
De manera más general, el componente de la gravedad a lo largo de un eje de determinación (donde el eje de determinación es una dirección a lo largo de la cual se estimará un componente del vector de gravedad) se puede estimar haciendo dos mediciones, la primera en un ángulo de cardán (90-0) grados desde el eje de determinación, donde © es algún ángulo mayor que cero grados, y el segundo en un ángulo de cardán (90+0) grados desde el eje de determinación, luego restando la segunda medición de la primera medición, luego dividiendo esa diferencia por los dos veces el seno de 0; sin embargo, con sólo 2 mediciones, el valor de la polarización sólo puede determinarse independientemente si 0=90 grados (correspondiente a la forma de realización preferida más sencilla descrita anteriormente). Dentro de un único ciclo de medición, tiempos de medición más prolongados en cada orientación ayudarán a limitar el efecto del “ruido blanco” en la medición, pero a costa de aumentar los errores debido a la deriva del sesgo, mientras que tiempos de medición más cortos ayudarán a limitar los errores debido a la deriva del sesgo, pero a costa de aumentar el valor cuadrático medio (VCM) del error debido al ruido blanco.
[0024]Este enfoque tiene el efecto de medir un componente del vector de gravedad local, proyectado sobre un marco de referencia fijo con respecto a la base del instrumento. Este enfoque no requiere que el marco de referencia fijo al instrumento esté alineado para que uno de sus ejes sea paralelo a la dirección del vector de gravedad local, como es el caso con algunos instrumentos acelerómetros con cardán de la técnica anterior. Esto puede simplificar significativamente el diseño del cardán y puede conferir ventajas operativas al operar este instrumento en el campo. Lo mismo puede ser cierto para las formas de realización adicionales que se describen a continuación.
[0025]La Figura 2 es un gráfico 200 de una señal de salida típica de un acelerómetro en el dominio del tiempo. Se puede considerar que la señal de salida 210 comprende tres componentes: el valor verdadero de la proyección del vector de gravedad local a lo largo del eje de medición, así como un componente de “ruido blanco”, que es esencialmente independiente de la frecuencia, y un componente de “ruido rojo” (a veces también conocido como “ruido de color”) que depende de la frecuencia. El valor verdadero se muestra mediante la línea discontinua 220 y es constante durante el intervalo de medición. El componente de ruido rojo se debe principalmente a la desviación del acelerómetro de un solo eje 110 y se ve como el cambio de longitud de onda larga a lo largo del tiempo. El componente de ruido blanco se ve como variaciones aleatorias de longitud de onda corta.
[0026]La Figura 3 muestra un gráfico típico de densidad espectral de potencia (DEP) 300 de la salida de un acelerómetro en el dominio de la frecuencia. El gráfico contiene una región de ruido rojo y una región de ruido blanco con una transición que se produce en una frecuencia de corte, Wc. En la región del ruido rojo, la tendencia a la deriva en el acelerómetro de un solo eje 110 es la forma dominante de ruido, lo que da como resultado un aumento del error a medida que disminuye la frecuencia. En la región del ruido blanco, la forma dominante de ruido son variaciones aleatorias más pequeñas que no contribuyen al sesgo de deriva. A medida que la duración de una medición se hace más larga y se aproxima a tc=1/Wc, los errores debidos al sesgo de deriva comienzan a dominar sobre los errores debidos al ruido blanco. Los instrumentos están diseñados para operar dentro de la región del ruido blanco donde el ruido en la señal es más fácilmente cuantificable y tc representa un límite aproximado en la duración de una única medición útil.
[0027]Si hipotéticamente un acelerómetro presentara sólo ruido blanco y no presentara ruido rojo, entonces el error VCM en la aceleración medida podría ser tan pequeño como se desee — es decir, la medición de la aceleración podría hacerse tan precisa como se desee --- aumentando el período de tiempo durante el cual se toma la medición y disminuyendo el ancho de banda de un filtro de paso bajo utilizado para procesar la medición. Alternativamente, se podría lograr lo mismo tomando un número cada vez mayor de mediciones breves, cada una de las cuales tiene un error VCM mayor que el deseado, y, a continuación, promediando estas mediciones juntas, con el error VCM de la medición promediada disminuyendo con la raíz cuadrada del número de mediciones. Sin embargo, la presencia de ruido rojo interfiere con este objetivo, provocando errores que pueden ser relativamente grandes cuando se realizan mediciones largas y de baja frecuencia, o cuando se realizan un gran número de mediciones breves durante un largo período de tiempo, normalmente un período de tiempo mayor que tc. Por lo tanto, la presencia de ruido rojo en la medición del acelerómetro hace difícil reducir la precisión de la medición de un acelerómetro por debajo de cierto nivel.
[0028]Para superar esta dificultad, un gravímetro vectorial absoluto en su modo más simple lleva a cabo al menos dos ciclos de medición, preferiblemente muchos más de dos, como se analiza con más detalle a continuación. La forma de realización de múltiples ciclos de medición permite que cada medición individual sea de corta duración para limitar el efecto de la desviación del sesgo, pero compensa el aumento de errores debido al ruido blanco en cualquier medición individual al realizar múltiples ciclos de medición. La demodulación sincrónica de múltiples pares de mediciones recopilados a lo largo de múltiples ciclos de medición de esta manera produce una estimación del vector de gravedad local a lo largo del eje de medición donde el error en la estimación está dominado por el ruido blanco, en lugar de por el sesgo de deriva. Como tal, el error en esta medición se puede hacer arbitrariamente pequeño aumentando el número de ciclos de medición y filtrando la señal de salida a un ancho de banda más bajo.
[0029]Por ejemplo, si t es la duración de una medición estática y n es el número de ciclos de medición, entonces (despreciando por el momento el tiempo necesario para cambiar entre orientaciones de medición) T=2nt es el tiempo total de medición y el ancho de banda más bajo al que La producción que se puede filtrar es de aproximadamente 1/T. Tal como se utiliza en este documento, “medición estática” significa una señal medida desde el acelerómetro cuando el cardán no gira con respecto a la base. Dado que el error VCM está dominado por el ruido blanco, variará con la raíz cuadrada inversa de T, por lo que el error VCM se puede reducir aumentando el número de ciclos de medición, n:
[0030] Se ha descubierto que los resultados son mejores cuando el instrumento se opera a una frecuencia del ciclo de medición, w =1/2t, que es significativamente mayor que la frecuencia de corte, U c , tal como w > 2 Wc. En consecuencia, se puede calcular el número de ciclos para una cantidad deseada de ruido VCM. (Se obtienen resultados similares cuando se tiene en cuenta el tiempo necesario para cambiar entre orientaciones de medición).
[0031] La frecuencia de corte también limita el diseño del cardán 112, y más específicamente la velocidad de giro del cardán 112. El gravímetro vectorial absoluto debe poder completar un ciclo de medición antes de que la polarización se desvíe lo suficiente como para introducir una cantidad significativa de error en las mediciones. En consecuencia, el cardán 112 se elige de modo que la cantidad de tiempo por ciclo dedicado a la rotación sea pequeña en comparación con tc = 1/Wc; de lo contrario, puede que no haya tiempo para completar ambas mediciones antes de que la desviación se haya desviado demasiado. Preferiblemente, la cantidad de tiempo por ciclo dedicado al giro es inferior a la mitad de tc.
[0032] Por consiguiente, un método ejemplar para medir la proyección del vector de gravedad local a lo largo de un eje de medición comprende:
a. Girar para alinear el acelerómetro de un solo eje con el eje de medición positivo, por ejemplo, la dirección del eje z en la Figura 1A;
b. Medir la señal del acelerómetro mientras apunta en esa primera dirección;
c. Girar para alinear el acelerómetro de un solo eje con el eje de medición negativo, por ejemplo, la dirección del eje -z en la Figura 1A;
d. Medir la señal del acelerómetro mientras apunta en esa segunda dirección;
e. Calcular el sesgo para este ciclo sumando las dos mediciones anteriores y dividiéndolas por dos;
f. Calcular la gravedad a lo largo del eje de medición positivo para este ciclo restando las dos mediciones anteriores y dividiéndolas por dos;
g. Repetir los pasos a-f varias veces correspondientes al error VCM deseado, y
h. Calcular una estimación general del componente de la gravedad a lo largo del eje de medición positivo promediando la gravedad estimada de todos estos ciclos.
[0033] Se pueden medir componentes adicionales del vector de gravedad local tomando mediciones estáticas en puntos adicionales a lo largo del rango del cardán de eje único 112. Por ejemplo, para medir el vector de gravedad local a lo largo del eje x usando el gravímetro de vector absoluto 100b como se muestra en la Figura 1B, el acelerómetro 110 de un solo eje se puede orientar a lo largo de los ejes x positivo y negativo y se puede realizar el mismo cálculo.
[0034] Según la invención, el gravímetro vectorial absoluto de la Figura 1A también se puede utilizar para estimar el vector de gravedad local a lo largo del eje x midiendo una vez a lo largo del eje x positivo y utilizando la estimación de sesgo de las mediciones opuestas más recientes a lo largo del eje z. -eje para corregir el valor. En particular, dicha medición incluye la polarización del acelerómetro más el componente del vector de gravedad en la dirección del eje x, más un error debido al ruido; restar de esto el valor previamente determinado del sesgo produce un valor igual al componente del vector de gravedad en la dirección del eje x (más los efectos debidos al ruido). En este caso, un ciclo de medición comprende:
• Girar para alinear el acelerómetro de un solo eje con un primer eje de medición positivo, por ejemplo, la dirección del eje z en la Figura 1A;
Medir la señal del acelerómetro mientras apunta en esa primera dirección;
Girar para alinear el acelerómetro de un solo eje con el eje de medición negativo, por ejemplo, la dirección del eje -z en la Figura 1A;
Medir la señal del acelerómetro mientras apunta en esa segunda dirección;
Estimar el sesgo sumando las dos medidas anteriores y dividiéndolas por dos;
Calcular la gravedad a lo largo del primer eje de medición positivo restando las dos mediciones anteriores y dividiéndolas por dos;
Girar para alinear el acelerómetro de un solo eje con un segundo eje de medición positivo que es perpendicular al primer eje de medición positivo, por ejemplo, la dirección del eje x en la Figura 1A;
Medir la señal del acelerómetro mientras apunta en esa tercera dirección, y
Estimar la gravedad a lo largo del segundo eje de medición positivo restando la estimación del sesgo de esa tercera medición.
[0035] Se apreciará que el orden en el que se realizan estos pasos puede variar y que repetir las mediciones 2 o más veces conducirá nuevamente a una reducción en el error VCM. Además, en algunos casos es posible realizar mejoras al realizar operaciones similares, como realizar mediciones en la dirección x positiva y negativa y utilizarlas para actualizar la medición de polarización del acelerómetro.
[0036] En la invención, los acelerómetros de un solo eje están montados cada uno en un cardán de un solo eje, opcionalmente con los dos cardanes orientados de manera que sus ejes de cardán sean ortogonales entre sí. En la invención, el segundo cardán puede girar para apuntar el segundo acelerómetro en dos direcciones opuestas a lo largo de un tercer eje de medición y se toman una cuarta medición y una quinta medición en cada una de las dos direcciones opuestas a lo largo del tercer eje de medición. Un tercer componente de aceleración y un segundo sesgo se determinan a partir de la cuarta y quinta medición, permitiendo así el cálculo de los tres componentes espaciales del vector de gravedad local aplicando el método anterior a cada uno de los ejes x, y y z. Por ejemplo, una primera unidad puede tomar medidas a lo largo de los ejes x y z mientras que una segunda unidad toma medidas a lo largo de los ejes y y z. Tenga en cuenta que la segunda unidad puede funcionar de manera que proporcione una estimación redundante del vector de gravedad a lo largo de uno de los mismos ejes de medición proporcionados por la primera unidad (es decir, en el ejemplo anterior, ambas unidades miden el eje z). Dicha redundancia puede usarse para verificar calibraciones entre unidades o combinarse para obtener una medición más precisa a lo largo de un eje.
[0037]En esta forma de realización, donde se han determinado 3 componentes ortogonales del vector de gravedad en un sistema de referencia fijo por instrumento, entonces ese vector de gravedad se ha determinado completamente. En cuyo caso, también se puede calcular la magnitud del vector de gravedad; es igual al valor VCM (es decir, la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados) de los 3 componentes ortogonales del vector de gravedad. A diferencia de los instrumentos de gravimetría geofísica terrestres estándar, esta forma de realización puede determinar la magnitud del vector de gravedad local sin que el instrumento tenga que ser nivelado primero con respecto a la dirección del vector de gravedad local. En cambio, esta forma de realización mide intrínsecamente el vector de gravedad completo, a partir del cual se puede derivar la magnitud del vector, en lugar de medir únicamente la magnitud del campo de gravedad cuando se erige verticalmente, como lo hacen generalmente la mayoría de los instrumentos actuales.
[0038]En otro ejemplo, no según la invención, se puede montar un acelerómetro de un solo eje en un cardán de dos ejes y moverlo secuencialmente a través de orientaciones a lo largo de los tres ejes para calcular los tres componentes espaciales del vector de gravedad local. Al igual que con las formas de realización anteriores, estas mediciones se pueden realizar en direcciones alineadas con un marco de referencia fijo por instrumento, que no necesita estar alineado para tener uno de sus ejes paralelo al vector de gravedad local.
[0039]En otra forma de realización, el cardán 112 de un solo eje puede configurarse para orientar el acelerómetro 110 de un solo eje en direcciones distintas a las directamente a lo largo de los ejes ortogonales. Por ejemplo, es posible derivar una estimación dessesgada del vector de gravedad local a lo largo del eje z y el eje x tomando medidas a cero grados, 120 grados y 240 grados desde el eje z positivo en el plano xz. Estas 3 medidas se denominarán a continuación m1, m2 y m3, respectivamente. Cada medición comprende el sesgo más el coseno del ángulo de medición multiplicado por el componente z de la gravedad más el seno del ángulo de medición multiplicado por el componente x de la gravedad. A continuación, se puede demostrar que en este caso particular el sesgo del acelerómetro se puede estimar usando la fórmula(m1+ m2 m3)/2, el componente x del vector de gravedad se puede estimar usando la fórmula
(m2 - m3)/V3
y el componente z del vector de gravedad se puede estimar utilizando la fórmula (m1- m2 - m3)/2. Esto también es posible tomando 3 mediciones en otras 3 direcciones, o tomando más de 3 mediciones cada una en una dirección diferente, en cuyo caso las matemáticas para determinar la polarización del acelerómetro y los componentes del vector de gravedad en las direcciones z y x son más complejas y, en general, se abordan mejor ajustando las mediciones a un modelo de señal que incluya un término sinusoidal, como se analiza a continuación. Por lo tanto, dos de estas unidades de cardán de un solo eje orientadas de modo que sus ejes de rotación sean ortogonales pueden proporcionar estimaciones dessesgadas de los tres componentes espaciales del vector de gravedad local.
[0040]Cabe señalar aquí que también se puede utilizar un gravímetro vectorial absoluto 100 para medir aceleraciones no balísticas distintas de las debidas únicamente a la gravedad. Un gravímetro vectorial absoluto 100 como el descrito es adecuado para medir componentes del vector de gravedad local con un alto grado de precisión porque, para un objeto estacionario, el vector de gravedad local efectivamente no cambia durante el transcurso de la medición. La capacidad del instrumento para medir adecuadamente otras aceleraciones está sujeta a la misma restricción. Más específicamente, un gravímetro vectorial absoluto 100 es capaz de medir una aceleración con un alto grado de precisión siempre que esa aceleración no cambie apreciablemente durante el período total de tiempo dedicado a recopilar mediciones, T. Aceleraciones casi constantes de duración relativamente larga experimentadas por las naves espaciales que utilizan métodos de propulsión de bajo empuje, como propulsores de iones o velas solares, son ejemplos en los que un gravímetro vectorial absoluto 100 puede ser adecuado.
[0041]En una forma de realización preferida, la electrónica de adquisición de datos, es decir, el procesador, está ubicada en la base y conectada al acelerómetro a través de una conexión cableada, tal como un tambor para enrollar cables. Se ha descubierto que las alternativas al paso de energía y datos a través de una conexión cableada introducen efectos indeseables. Por ejemplo, pasarlos a través de anillos colectores introduce ruido en la medición. Para otro ejemplo, pasarlos a través de medios completamente inalámbricos requiere ubicar los componentes electrónicos de adquisición de datos en la etapa giratoria, lo que limita el tamaño y el tipo de esos componentes electrónicos y puede introducir dificultades para controlar la temperatura de esos componentes electrónicos, lo que a su vez puede aumentar los errores de medición. Dado que es posible girar a cualquier orientación del acelerómetro de eje único 110 dentro de una envolvente de 360 grados y los cardanes 112a, 112b no necesitan realizar más de una rotación completa, un conjunto de cables que se enrolla y desenrolla a medida que el cardán se gira es la conexión preferida.
[0042]La Figura 4 muestra una representación esquemática de otra forma de realización de un gravímetro vectorial absoluto 400 con un acelerómetro de un solo eje montado en un cardán de un solo eje que incorpora un sensor de ángulo 414. Esta forma de realización es similar a la mostrada en la figura 1A que incluye un acelerómetro de un solo eje 410 montado en un cardán de un solo eje 412. Además, se usa un sensor de ángulo 414 para medir la posición angular del acelerómetro de un solo eje 412 cuando está estacionario y mientras está giratorio. El sensor de ángulo 414 también se puede configurar para medir la velocidad angular, o velocidad de giro, del acelerómetro de un solo eje 410 directamente. Los expertos en la técnica apreciarán que, en una forma de realización alternativa, se pueden proporcionar múltiples sensores de ángulo, tales como un sensor que mide el ángulo y otro sensor que mide la velocidad angular.
[0043]En esta forma de realización, el acelerómetro 410 de un solo eje toma mediciones no sólo mientras está estacionario, sino también mientras gira, preferiblemente pero no necesariamente a una velocidad angular constante, estando limitado el rango total de movimiento angular durante tal giro por las restricciones impuestas por el cableado entre el acelerómetro y el procesador. Dichas mediciones incluirán un componente de aceleración centrípeta. Si las características físicas del instrumento son bien conocidas, por ejemplo, se pueden medir con precisión antes del despliegue, entonces la posición angular medida y/o la información de velocidad se pueden combinar con la geometría conocida para calcular una aceleración centrípeta esperada. La comparación de la señal medida que contiene el componente de aceleración centrípeta con la señal de aceleración centrípeta esperada produce información sobre la ganancia de extremo a extremo en el sistema de medición. Esta información se puede utilizar para corregir los valores de aceleración derivados de las mediciones estáticas.
[0044]En particular, se pueden predeterminar características geométricas clave del instrumento. Por ejemplo, se puede desarrollar un modelo matemático del acelerómetro 410 antes del despliegue del gravímetro vectorial absoluto 400 de modo que sus características físicas sean bien conocidas. Por ejemplo, se puede medir la distancia R entre el eje de rotación del cardán y el centro de medición del acelerómetro. La distancia R es una característica geométrica importante porque la aceleración centrípeta depende de R de acuerdo con la fórmula:ac=Rw2,donde w es la velocidad angular del cardán giratorio. También se puede medir el cambio de R con la temperatura. El gravímetro vectorial absoluto 400 generalmente tendrá un error pequeño, pero repetible, que depende del ángulo del cardán 412. Esto podría deberse a muchos factores, incluidas imperfecciones del rodamiento e inexactitud en el sensor de ángulo 414. Esto puede estar incluido en el modelo del instrumento (descrito en detalle a continuación) para mejorar la calibración de ganancia general.
[0045]Por ejemplo, una vez que se completa un conjunto de mediciones estáticas, se pueden ajustar a un modelo de señal sinusoidal para estimar la señal de gravedad y el error residual en función del ángulo. Posteriormente, al procesar las mediciones de giro, se resta la señal de gravedad en función de la información del ángulo, eliminando los componentes debidos a la señal de gravedad y los términos de error angular dejando la señal de aceleración centrípeta y el sesgo. Esto hace que la estimación de la aceleración centrípeta sea más precisa y da como resultado una mejor calibración de ganancia de un extremo a otro.
[0046]La Figura 5A muestra una representación esquemática de otra forma de realización de un gravímetro vectorial absoluto 500 que incorpora un acelerómetro de un solo eje 510 y un cardán de un solo eje 512 de 360 grados. En esta forma de realización, encontrar mediciones de aceleración corregidas se logra ajustando el modelo. Por ejemplo, el cardán 512 puede mover el acelerómetro 510 para que apunte hacia diferentes direcciones estáticas alrededor de un círculo en el plano x-z, donde se toma una serie de mediciones que dan como resultado una serie de valores medidos para la aceleración. Por ejemplo, si el vector de gravedad local está alineado con el eje z, entonces la señal de gravedad real variará de forma sinusoidal con el ángulo del acelerómetro 510 como se muestra en la línea continua de la figura 5B. Si se toman medidas en varias orientaciones en el rango de 360 grados del cardán 512 y los resultados se trazan en el mismo gráfico, aparecerán como los puntos, incluidas las barras de error, que se muestran en la figura 5B. En este ejemplo, se muestran 8 mediciones, pero esta forma de realización producirá un resultado con tan solo 3 mediciones. No es necesario que las orientaciones para esas mediciones estén espaciadas uniformemente. Todas las mediciones pueden estar a tan solo 60 grados o menos entre sí, aunque el rendimiento mejorará con una mayor separación angular. En consecuencia, se puede utilizar un cardán 512 capaz de girar menos de 360 grados. Se puede obtener un resultado similar, incluyendo un componente sinusoidal de la señal medida, si el vector de gravedad se alinea en cualquier otra dirección.
[0047]Se puede desarrollar un modelo del instrumento que prediga una curva de señal de gravedad esperada dados ciertos parámetros y se le pueden ajustar los datos de medición. Se ha descubierto que los parámetros útiles incluyen el ángulo de inclinación del cardán 512 con respecto al campo de gravedad local y la desalineación del eje sensible del acelerómetro 510 con respecto al eje del cardán 512. El número de mediciones aquí funciona en gran medida como el número de mediciones hace lo descrito anteriormente: un mayor número de mediciones reduce la contribución del ruido blanco de la misma manera,
Ruido VCM____
Vñ
[0048]Además, se aplican las mismas restricciones de velocidad. Cuanto más rápidamente se pueda realizar todo el conjunto de mediciones, menos se habrá desviado el sesgo durante las mediciones y más precisas serán los componentes medidos corregidos del vector de gravedad.
[0049]Se puede usar un cardán de un solo eje 512 con un acelerómetro de un solo eje 510 para medir los componentes del vector de gravedad local en dos direcciones, por ejemplo, x y z, así como la polarización en el acelerómetro de un solo eje 512. Como anteriormente, colocar un segundo gravímetro de vector absoluto 500 orientado ortogonalmente al primero permite de manera correspondiente medir el vector de gravedad local completo, así como corregir el sesgo en ambos acelerómetros de eje único 512.
[0050]Se han descrito en este documento varias formas de realización y los expertos en la técnica reconocerán ahora que es posible combinarlas para lograr el resultado deseado de medir el vector de gravedad local en una variedad de condiciones y para una variedad de usos. Por ejemplo, para su uso como instrumento de mochila puede ser preferible un dispositivo de cardán único debido a problemas de portabilidad, mientras que una implementación montada en un vehículo puede preferir usar dos o más cardanes por motivos de redundancia. Una aplicación terrestre puede asumir una orientación particular para la parte dominante de la señal de gravedad local, mientras que un sistema de nave espacial no puede asumir esa suposición.
Claims (13)
1. Un gravímetro vectorial absoluto que comprende:
una base;
un primer cardán de un solo eje (112a, 112b) conectado operativamente a la base, estando configurado el primer cardán de un solo eje para girar en un ángulo de al menos 180°;
un primer acelerómetro de un solo eje (110) conectado operativamente al primer cardán de un solo eje; y un segundo cardán de un solo eje unido a la base, estando configurado el segundo cardán de un solo eje para girar al menos 180°;
un segundo acelerómetro de un solo eje (110) conectado operativamente al segundo cardán de un solo eje; y un procesador conectado operativamente al primer cardán de un solo eje y al primer acelerómetro de un solo eje, al segundo cardán de un solo eje y al segundo acelerómetro de un solo eje,
en donde, en respuesta a las señales del procesador,
el primer cardán de un solo eje puede girar para apuntar el primer acelerómetro de un solo eje en una primera dirección a lo largo de un primer eje de medición,
el primer cardán de un solo eje puede girar además para apuntar el primer acelerómetro de un solo eje en una segunda dirección,
en donde la segunda dirección está orientada en un ángulo de 180° con respecto a la primera dirección, en la que la primera y segunda direcciones apuntan en direcciones opuestas a lo largo de un primer eje único de medición,
el primer cardán de un solo eje puede girar además para apuntar el primer acelerómetro de un solo eje en una tercera dirección a lo largo de un segundo eje de medición, siendo el segundo eje de medición perpendicular al primer eje de medición;
en donde el primer acelerómetro de un solo eje es operable para tomar una primera medición de un primer componente de un vector de aceleración no balística, cuando apunta en la primera dirección;
el primer acelerómetro de un solo eje es operable para tomar una segunda medición de un segundo componente del vector de aceleración no balística cuando apunta en la segunda dirección,
el primer acelerómetro de un solo eje es operable para tomar una tercera medición cuando apunta en la tercera dirección
en donde, en respuesta a las señales de rotación del procesador,
el segundo cardán de un solo eje puede girar para apuntar el segundo acelerómetro de un solo eje en una cuarta dirección a lo largo de un tercer eje de medición,
y el segundo cardán de un solo eje puede girar para apuntar el segundo acelerómetro de un solo eje en una quinta dirección a lo largo del tercer eje de medición,
en donde la quinta dirección está orientada en un ángulo de 180° con respecto a la cuarta dirección;
en el que el segundo acelerómetro de un solo eje es operable para tomar una cuarta medición cuando apunta en la cuarta dirección y para tomar una quinta medición cuando apunta en la quinta dirección; y
el procesador está configurado para:
i. generar las señales de rotación para girar el primer cardán de un solo eje y el segundo cardán de un solo eje;
ii. recibir las primeras señales de medición del acelerómetro desde el primer acelerómetro de un solo eje;
iii. recibir señales de medición del segundo acelerómetro desde el segundo acelerómetro de un solo eje; y
iv. usar la primera medición y la segunda medición para determinar componentes determinando un primer sesgo estimado en el primer acelerómetro de un solo eje usando la primera y segunda mediciones;
determinar un primer componente de aceleración no balística estimado a lo largo del primer eje de medición usando la primera y segunda mediciones;
determinar un segundo componente de aceleración no balística estimado a lo largo del segundo eje de medición usando la tercera medición y el primer sesgo estimado; y
determinar un tercer componente de aceleración no balística estimado a lo largo del tercer eje de medición y un segundo sesgo estimado en el segundo acelerómetro de un solo eje usando la cuarta medición y la quinta medición.
2. El gravímetro vectorial absoluto de la reivindicación 1, en el que:
i. el segundo cardán de un solo eje puede girar además para apuntar el segundo acelerómetro de un solo eje en una sexta dirección a lo largo de un cuarto eje de medición, en donde el cuarto eje de medición es perpendicular al tercer eje de medición;
ii. el segundo acelerómetro de un solo eje es operable además para tomar una sexta medición cuando se apunta en la sexta dirección; y
iii. el procesador está configurado para determinar un cuarto componente de aceleración no balística estimado a lo largo del cuarto eje de medición usando la sexta medición y el segundo sesgo estimado.
3. El gravímetro vectorial absoluto de la reivindicación 2, en el que el primer eje de medición y el tercer eje de medición son coaxiales, en el que el primer componente de aceleración no balística estimado y el tercer componente de aceleración no balística estimado proporcionan comprobaciones redundantes entre sí.
4. El gravímetro vectorial absoluto de la reivindicación 2, en el que tres de los ejes de medición son perpendiculares entre sí, en el que el procesador está configurado para calcular un componente de aceleración no balística estimado a lo largo de cada uno de los tres ejes perpendiculares, en el que el procesador está configurado para combinar los componentes de aceleración no balística estimados a lo largo de cada uno de los tres ejes perpendiculares en un vector de aceleración resultante.
5. El gravímetro vectorial absoluto de la reivindicación 1, en el que el procesador está configurado además para controlar el primer cardán de un solo eje, el segundo cardán de un solo eje, el primer acelerómetro de un solo eje y el segundo acelerómetro de un solo eje para repetir cada medición una pluralidad de veces y combinar los componentes de aceleración no balística estimados de todos los ciclos de medición, reduciendo así el efecto del ruido blanco en los componentes de aceleración no balística estimados.
6. El gravímetro vectorial absoluto de la reivindicación 1, en el que el procesador está conectado al primer acelerómetro de un solo eje mediante una conexión cableada, limitando así el rango de ángulos a través del cual el primer cardán de un solo eje es capaz de girar.
7. El gravímetro vectorial absoluto de la reivindicación 6, que comprende además un sensor de ángulo para medir al menos uno de; (i) la posición angular del primer acelerómetro de un solo eje y (ii) la velocidad angular del primer acelerómetro de un solo eje cuando el primer cardán de un solo eje está girando, en el que:
el primer acelerómetro de un solo eje es operable para tomar una medición del componente de aceleración centrípeta cuando el primer cardán de un solo eje es giratorio;
el procesador está configurado además para:
calcular un valor esperado de la medición del componente de aceleración centrípeta usando características geométricas conocidas del gravímetro vectorial absoluto y una medición del sensor de ángulo;
comparar la medición del componente de aceleración centrípeta con el valor esperado de la medición del componente de aceleración centrípeta para obtener una calibración de extremo a extremo para la ganancia del gravímetro vectorial absoluto; y
corregir la primera aceleración medida utilizando la calibración de extremo a extremo.
8. El gravímetro vectorial absoluto de la reivindicación 1, en el que el primer eje de medición, el segundo eje de medición y el tercer eje de medición son todos perpendiculares entre sí, en el que el procesador está configurado para calcular un componente de aceleración no balística estimado a lo largo de cada uno de los tres ejes perpendiculares, en el que el procesador está configurado para combinar los componentes de aceleración no balística estimados a lo largo de cada uno de los tres ejes perpendiculares en un vector de aceleración resultante.
9. Un método para medir al menos un componente de un vector de aceleración no balística que comprende:
i. posicionar un primer acelerómetro de un solo eje para que apunte en una primera dirección;
ii. usar el primer acelerómetro de un solo eje para tomar una primera medición en la primera dirección;
iii. girar el primer acelerómetro de un solo eje para que apunte en una segunda dirección, en donde la segunda dirección está orientada en un ángulo de 180° con respecto a la primera dirección, en donde la primera y segunda direcciones apuntan en direcciones opuestas a lo largo de un primer eje de medición;
iv. usar el primer acelerómetro de un solo eje para tomar una segunda medición en la segunda dirección; y v. usar la primera y segunda mediciones para calcular un componente de aceleración no balística estimado a lo largo del eje de medición;
vi. girar el primer acelerómetro de un solo eje para que apunte en una tercera dirección a lo largo de un segundo eje de medición, en donde el segundo eje de medición es perpendicular al primer eje de medición;
vii. usar el primer acelerómetro de un solo eje para tomar una tercera medición en la tercera dirección; a lo largo del segundo eje de medición; y
viii. usar la tercera medición y el primer sesgo estimado para calcular un segundo componente de aceleración no balística estimado a lo largo del segundo eje de medición;
ix. apuntar un segundo acelerómetro de un solo eje en una cuarta dirección a lo largo de un tercer eje de medición; x. usar el segundo acelerómetro de un solo eje para tomar una cuarta medición en la cuarta dirección;
xi. girar el segundo acelerómetro de un solo eje para que apunte en una quinta dirección a lo largo del tercer eje de medición, en donde la quinta dirección está orientada en un ángulo de 180° con respecto a la cuarta dirección; xii. usar el segundo acelerómetro de un solo eje para tomar una quinta medición en la quinta dirección; y xiii. usar las mediciones cuarta y quinta para calcular un segundo sesgo estimado en el segundo acelerómetro de un solo eje y un tercer componente de aceleración no balística estimado a lo largo del tercer eje de medición.
10. El método de la reivindicación 9, que además comprende:
i. girar el segundo acelerómetro de un solo eje para que apunte en una sexta dirección a lo largo de un cuarto eje de medición, en donde el cuarto eje de medición es perpendicular al tercer eje de medición;
ii. usar el segundo acelerómetro de un solo eje para tomar una sexta medición en la sexta dirección; y iii. usar la sexta medición y el segundo sesgo estimado para calcular un cuarto componente de aceleración no balística estimado a lo largo del cuarto eje de medición.
11. El método de la reivindicación 10, en el que el primer eje de medición, el segundo eje de medición y el tercer eje de medición son perpendiculares entre sí, comprendiendo además el método calcular un componente de aceleración no balística estimado a lo largo de cada uno de los tres ejes perpendiculares y combinando los tres componentes de aceleración no balística estimados en un vector de aceleración resultante.
12. El método de la reivindicación 11, que comprende además calcular una magnitud del vector de aceleración no balística estimada resultante calculando la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de los tres componentes de aceleración no balística estimada.
13. El método de la reivindicación 9, que comprende además repetir cada medición una pluralidad de veces y combinar los componentes de aceleración no balística estimados de todos los ciclos de medición con el fin de reducir el efecto del ruido blanco sobre los componentes de aceleración no balística estimados.
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Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4749157A (en) | 1986-08-18 | 1988-06-07 | Hughes Aircraft Company | Spacecraft accelerometer auto-alignment |
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| US5357802A (en) * | 1993-05-07 | 1994-10-25 | Textron, Incorporated | Rotating accelerometer gradiometer |
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| US6918186B2 (en) * | 2003-08-01 | 2005-07-19 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Compact navigation system and method |
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| US8347711B2 (en) * | 2008-09-15 | 2013-01-08 | Lockheed Martin Corporation | Atom-interferometric, stepped gravity gradient measuring system |
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| US8131494B2 (en) * | 2008-12-04 | 2012-03-06 | Baker Hughes Incorporated | Rotatable orientation independent gravity sensor and methods for correcting systematic errors |
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| KR101416430B1 (ko) * | 2014-02-19 | 2014-07-10 | 한국지질자원연구원 | 해상 중력 측정 자료의 처리방법 및 이를 위한 처리장치 |
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