重力梯度张量是重力加速度矢量的空间变化率，可以很好的描述地球重力场的特征，适用于探测研究局部小地质体及其细节。在目前常见的重力梯度测量仪器中，扭矩式重力梯度仪结构简单，对水平扭转方向灵敏度很高，有望作为重力基准仪器体系的重力梯度测量系统对其他重力仪器进行标定。目前，扭矩式重力梯度仪的测量方式分为静态测量模式和动态测量模式两种。其中，动态测量模式耗时更短且测量精度更高，但因扭秤结构限制，只能获取重力水平梯度W_yz和W_xz。

本文针对一种适用于动静态测量的扭秤式重力梯度仪进行研究与设计，论文主要工作内容如下：

（1）为实现动静态测量中重力水平梯度和重力曲率值的同时获取，选择Z字型结构作为扭秤设计方案。针对扭秤运动的单摆模式会对测量结果产生影响这一问题，提出将磁阻尼系统引入扭秤式重力梯度仪的设计中，从而抑制单摆运动。由此测量系统的扭摆结构从传统一级摆变为二级摆。对一级摆和二级摆测量系统在静态和动态测量模式下的测量原理进行研究，建立一级摆和二级摆测量系统的动静态测量仿真模型，在Simulink中进行仿真实验。

（2）建立动态测量信号处理算法，为实现对目标频率分量幅值和相位的更高精度解调，提出将遗传算法应用于信号特征参数提取过程。通过数学建模与蒙特卡洛仿真实验对遗传算法和APES（Amplitude and Phase Estimation）算法的参数提取能力进行比较，验证了引入遗传算法对信号处理算法的优化作用。

（3）通过仿真实验研究比较了重力梯度场的不均匀性对动静态测量结果造成的影响，并针对静态测量结果受重力梯度场不均匀性影响较大这一问题，提出了对不均匀重力梯度场的近似修正方法。

（4）设计并搭建扭秤式重力梯度仪样机。对加入磁阻尼系统前后的重力梯度仪样机进行静态监测实验，通过标准模态分析方法，证明了加入磁阻尼系统对于单摆运动的抑制作用。进行静态标定实验，对实验数据进行处理得到测量结果，讨论结果中受重力梯度场不均匀性影响而导致的误差，并分析其余误差的可能来源。对实验结果进行不确定度评定，并计算系统的测量合成不确定度。

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