本发明专利技术公开了一种动态水平仪及姿态角计算方法，涉及惯性测量技术领域，本发明专利技术采用两个加速度计和一个陀螺仪作为动态水平仪的测量元件，其中两个加速度计的敏感轴相互正交、且均处于与待测转台平行的平面上，分别检测待测转台旋转平面两个正交方向的加速度信息；所述陀螺仪的敏感轴设于与待测转台垂直的方向，检测待测转台沿旋转轴进行旋转的角速度，这种测量元件的数量选择和安装布局方式最大限度的减少了测量元件的使用量，满足了动态水平仪的使用环境要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及惯性测量
，特别涉及一种。
技术介绍
水平仪作为现代工业不可缺少的检测工具，在土木工程、航空航海、工业控制等领 域有着广泛应用。水平仪从过去简单的气泡水平仪发展到了现在的电子水平仪，测量精度 和便捷性都有很大提高。气泡水平仪误差较大，对于小角度精确测量更是无能为力。电子 水平仪作为传统水泡水平仪的替代品，更多的应用在道路工程，机械测量，建筑工程，工业 平台，石油勘测，军工，船舶，以及其他需要重力参考系下的倾角或者水平的情况。 目前市场上应用的电子水平仪按原理区分主要有电感式和电容式等两种。电感式 原理：当水平仪的基座因待测工件倾斜而倾斜时，其内部摆锤因移动所造成感应线圈的电 压变化。电容式水平仪其测量原理为一圆形摆锤自由悬挂在细线上，摆锤受地心重力所影 响，且悬浮于无摩擦状态。摆锤的两边均设有电极且间隙相同时电容量是相等，若水平仪受 待测工件所影响而造成两间隙不同距离改变，从而产生电容不同，形成角度的差异。目前的 电子水平仪，测量精度能够做到非常高的精度，但受工作原理限制，其普遍受到角度测量范 围限制和测量环境限制，例如倾斜角度不超过几度，否则测量精度相应下降明显，并且要求 在静态条件下测量，若在非静态条件下，则只能利用差分水平仪测量相对水平。在所测对象 倾斜角度较大，或者对象存在运动等条件下，则上述传统的电子水平仪就无能为力了。 随着惯性技术的发展，加速度计技术及其制造工艺逐步成熟，应用也越来越广 泛，不仅可以应用于传统的惯性导航领域，也应用于水平仪和测斜仪领域。相比于上面传统 的电子水平仪，利用加速度计在全姿态范围内均能够敏感准确加速度信息的特点，可以突 破传统电子水平仪小角度测量的限制，理论上实现任意角度的测量。但目前实际的情况是， 加速度计应用于电子水平仪产品还非常少，并且只应用于静态测量。其原因在于这些产品 中未能解决载体运动带来的干扰加速度影响，从而未能实现动态水平仪功能。 以车载高精度雷达系统应用为例，雷达天线安装在具有天向旋转轴的基座上，雷 达在工作时基座绕天向轴连续旋转，由于载车所处位置不水平及基座安装误差等因素影 响，旋转轴并不能严格指天，旋转基准面存在一定倾斜角，且定义在旋转基准面上的俯仰和 滚动两个水平角度会周期性变化，利用水平仪进行测量时，由于水平跟随基座一起旋转，水 平仪将敏感到向心加速度，该加速度影响水平姿态的测量，从而导致传统的电子水平仪无 法测量这些动态角度。
技术实现思路
为鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决 上述问题的一种动态水平仪、以及一种姿态角计算方法。 依据本专利技术的一个方面，提供了一种动态水平仪，所述动态水平仪包括：两个加速 度计和陀螺仪，所述两个加速度计的敏感轴相互正交、且均处于与待测转台平行的平面上， 所述陀螺仪的敏感轴设于与待测转台垂直的方向； 所述两个加速度计，分别用于检测待测转台在该加速度计的敏感轴上的加速度； 所述陀螺仪，用于检测待测转台沿所述待测转台的旋转轴进行旋转的角速度。 其中，所述动态水平仪还包括：信息处理电路，所述两个加速度计及陀螺仪均与 所述信息处理电路相连； 所述信息处理电路，用于根据所述两个加速度计所检测的加速度及陀螺仪所检测 的角速度计算所述待测转台的水平姿态角。 其中，所述动态水平仪还包括：基板，所述两个加速度计、陀螺仪和信息处理电路 均设于所述基板的上表面。 依据本专利技术的另一个方面，提供了一种基于所述的动态水平仪的姿态角计算方 法，所述方法包括： 获取由动态水平仪中的两个加速度计所检测的加速度，并获取由所述动态水平仪 中的陀螺仪所检测的角速度，所述动态水平仪安装于待测转台上、且与所述待测转台的旋 转轴呈预设距离处； 根据所述两个加速度计所检测的加速度及陀螺仪所检测的角速度计算所述待测 转台的水平姿态角。 其中，所述根据所述两个加速度计所检测的加速度及陀螺仪所检测的角速度计算 所述待测转台的水平姿态角，进一步包括： 根据所述陀螺仪所检测的角速度积分确定所述动态水平仪所处的第一位置，并确 定与所述第一位置沿所述旋转轴对称的第二位置； 获取在第一位置由所述两个加速度计所检测到的第一加速度，并获取在第二位置 由所述两个加速度计所检测到的第二加速度； 根据所述第一加速度和第二加速度计算所述待测转台当前的水平姿态角。 其中，第一位置为所述动态水平仪沿所述旋转轴进行旋转的角度。 其中，根据所述陀螺仪所检测的角速度通过下式确定所述动态水平仪沿所述旋转 轴进行旋转的角度，【主权项】1. 一种动态水平仪，其特征在于，所述动态水平仪包括：两个加速度计和巧螺仪，所述 两个加速度计的敏感轴相互正交、且均处于与待测转台平行的平面上，所述巧螺仪的敏感 轴设于与待测转台垂直的方向； 所述两个加速度计，分别用于检测待测转台在该加速度计的敏感轴上的加速度； 所述巧螺仪，用于检测待测转台沿所述待测转台的旋转轴进行旋转的角速度。2. 如权利要求1所述的动态水平仪，其特征在于，所述动态水平仪还包括；信息处理电 路，所述两个加速度计及巧螺仪均与所述信息处理电路相连； 所述信息处理电路，用于根据所述两个加速度计所检测的加速度及巧螺仪所检测的角 速度计算所述待测转台的水平姿态角。3. 如权利要求2所述的动态水平仪，其特征在于，所述动态水平仪还包括；基板，所述 两个加速度计、巧螺仪和信息处理电路均设于所述基板的上表面。4. 一种基于权利要求1~3中任一项所述的动态水平仪的姿态角计算方法，其特征在 于，所述方法包括： 获取由动态水平仪中的两个加速度计所检测的加速度，并获取由所述动态水平仪中的 巧螺仪所检测的角速度，所述动态水平仪安装于待测转台上、且与所述待测转台的旋转轴 呈预设距离处； 根据所述两个加速度计所检测的加速度及巧螺仪所检测的角速度计算所述待测转台 的水平姿态角。5. 如权利要求4所述的姿态角计算方法，其特征在于，所述根据所述两个加速度计所 检测的加速度及巧螺仪所检测的角速度计算所述待测转台的水平姿态角，进一步包括： 根据所述巧螺仪所检测的角速度积分确定所述动态水平仪当前所处的第一位置，并确 定与所述第一位置沿所述旋转轴对称的第二位置； 获取在第一位置由所述两个加速度计所检测到的第一加速度，并获取在第二位置由所 述两个加速度计所检测到的第二加速度； 根据所述第一加速度和第二加速度计算所述待测转台当前的水平姿态角。6. 如权利要求5所述的姿态角计算方法，其特征在于，第一位置为所述动态水平仪沿 所述旋转轴进行旋转的角度。7. 如权利要求6所述的姿态角计算方法，其特征在于，根据所述巧螺仪所检测的角速 度通过下式确定所述动态水平仪沿所述旋转轴进行旋转的角度，其中，a为所述动态水平仪沿所述旋转轴进行旋转的角度，为所述巧螺仪所检测的 角速度，t为所述动态水平仪沿所述旋转轴进行旋转的时间。8. 如权利要求7所述的姿态角计算方法，其特征在于，根据所述第一加速度和第二加 速度通过下式计算所述待测转台的水平姿态角，【专利摘要】本专利技术公开了一种，涉及惯性测量
，本专利技术采用两个加速度计和一个陀螺仪作为动态水平仪的测量元件，其中两个加速度计的敏感轴相互正交、且均处于与待测转台平行的平面上，分别检测本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种动态水平仪，其特征在于，所述动态水平仪包括：两个加速度计和陀螺仪，所述两个加速度计的敏感轴相互正交、且均处于与待测转台平行的平面上，所述陀螺仪的敏感轴设于与待测转台垂直的方向；所述两个加速度计，分别用于检测待测转台在该加速度计的敏感轴上的加速度；所述陀螺仪，用于检测待测转台沿所述待测转台的旋转轴进行旋转的角速度。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周章华，
申请(专利权)人：北京爱科迪通信技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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