一种对惯性角速度传感器进行地球自转补偿的方法技术

一种对惯性角速度传感器进行地球自转补偿的方法。惯性角速度传感器，如光纤陀螺仪(FOG)，常被用来测量其载体相对地球的角速度，但由于惯性传感器所测值实为载体在其敏感轴方向的绝对角速度，所以必须进行地球自转补偿。本发明专利技术中的补偿模型需使用如下信息：传感器敏感轴的指向、载体所在纬度及其姿态角。在由惯性角速度传感器和加速度传感器组建成的捷联惯性导航系统中，地球自转的补偿问题在其加速度计算模型中已顾及，本发明专利技术可单独对所测角速度进行地球自转补偿，能提高使用惯性角速度传感器测量载体对地旋转角度或旋转角速度的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对惯性角速度传感器进行地球自转补偿的数学模型，属于检测技 术中的传感器应用

技术介绍
近些年惯性敏感器和惯性导航的应用获得了迅猛的发展，但在地球上研究一个物 体，多数情况下关注的是它相对于地球的位置和姿态。因此惯性导航中，计算的是物体的对 地加速度、速度和位移。然而，在其它一些单独用惯性敏感器进行检测的场合，往往会因为 地球的自转角速度与检测量相比非常之小，而将其忽略，直接将地球视作惯性参照系；又或 者是采用去零点或滤波的方法尽可能地将地球自转的影响降到最小。 在不很长的时间段上，宏观地看地球的自转，其角速度基本上是恒定不变的，文献显示其数值为7. 292115X10 5rad/s，方向指向地球的北极。因此，当传感器的载体处于 地球上某个位置、某个姿态时，地球自转角速度在载体坐标系中的坐标是一定的，在角速度 传感器敏感轴方向上的分量亦是固定的。因此，通过数学建模来对传感器进行地球自转补 偿以得到该位置姿态的载体在其敏感轴方向的对地转速是可行的。
技术实现思路
本专利技术的目的是对惯性角速度传感器进行地球自转补偿，从而得到载体相对于地 球的角速度。 本专利技术的技术方案如下： 补偿公式如下： Web= ?ib-ze (1) 式（1)中Coeb是传感器载体在其敏感轴方向上相对于地球的角速度（即补偿后的 值），Ulb是传感器载体在其敏感轴方向上相对于惯性参照系的角速度（即为未补偿前的角 速度测量值），2 6是地球自转角速度在传感器敏感轴方向上的分量。 地球自转角速度在传感器敏感轴方向上的分量&的计算公式如下： 式⑵中rb是代表敏感轴方向的单位矢量在载体坐标系中的坐标向量，4是地 球自转角速度在载体坐标系中的坐标向量，符号" ?"为点乘之意，上标b代表在载体坐标 系中；载体坐标系是正交的右手坐标系，其Xb、Yb、Zb轴向分别沿安装有惯性角速度传感器 的运载体的横滚轴、俯仰轴和偏航轴，其中横滚轴指向前进方向，俯仰轴在载体平面上指向 横滚轴的右边。 地球自转角速度在载体坐标系中的坐标向量<4的计算模型如下：[00131 式（3)中Q为地球自转角速度的大小，一般取7. 292115X10 5rad/s;B为载体所 在位置的炜度；A、?为载体姿态角：A为载体前进方向的真方位角，?为载体前进方向 与水平面间的夹角（上坡为正，下坡为负），?为载体绕横滚轴从俯仰轴在水平位置起到当 前位置所转过的角度（面朝前进方向观察，顺时针转角为正）一一A、?、?实为从当地地理 坐标系到载体坐标系的三个欧拉转动角。当地地理坐标系的坐标轴1指向北、￥"指向东、 ZJft当地垂线方向向下。本专利技术的有益效果：本专利技术可单独对所测角速度进行地球自转补偿，能提高使用 惯性角速度传感器测量载体对地旋转角度或旋转角速度的精度。【附图说明】图1是本专利技术实施例提供的载体姿态图； 图中：1为载体前进方向，2为竖直面，3为水平面，4为载体平面，5为载体前进方 向在水平面上的投影，6为正东方向，7为正北方向，Xn、Yn、ZnR表当地地理坐标系的三个坐 标轴方向，Xb、Yb、Zb代表载体坐标系的三个坐标轴方向。【具体实施方式】 为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。应理解， 此实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的使用范围。此外应理解，在阅读了本发 明讲述的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种替换或修改，这些等价形式同样 落于本申请所附权利要求书所限定的范围。 在本实施例中，惯性角速度传感器（如F0G)安装在如图1所示的载体上，敏感轴 指向rb相对于载体坐标系是恒定不变的。测得r6 =(\,rri，rZ6f，载体所在地点的炜度为B， 载体的姿态角，也就是从当地地理坐标系到载体坐标系的欧拉转动角分别为A、? (见 图1)，则对惯性角速度传感器进行地球自转补偿的计算公式如下： 上式中COeb是传感器载体在其敏感轴方向上相对于地球的角速度（即补偿后的 值），Ulb是传感器载体在其敏感轴方向上相对于惯性参照系的角速度（即为未补偿前的角 速度测量值），26是地球自转角速度在传感器敏感轴方向上的分量，e?t是地球自转角速度 在载体坐标系中的表示，运算符号" ?"为点乘之意，上标b代表在载体坐标系中，Q为地 球自转角速度的大小，一般取7. 292115X10 5rad/s。 当地地理坐标系（n系）与载体坐标系（b系）的坐标轴指向如图1所示。 参考文献 ^DepartmentofDefenceWorldGeodeticSystem1984:Itsdefinition andrelationshipwithlocalgeodeticsystems' ?DMATR8350. 2,September1987。【主权项】1. 一种对惯性角速度传感器进行地球自转补偿的数学模型，其特征是： 补偿公式如下： Web= Wlb-Ze (I) 式（1)中是传感器载体在其敏感轴方向上相对于地球的角速度即补偿后的值，《lb 是传感器载体在其敏感轴方向上相对于惯性参照系的角速度即为未补偿前的角速度测量 值，26是地球自转角速度在传感器敏感轴方向上的分量； 地球自转角速度在传感器敏感轴方向上的分量Zf3的计算公式如下：式（2)中4是代表敏感轴方向的单位矢量在载体坐标系中的坐标向量，是地球自 转角速度在载体坐标系中的坐标向量，符号" ?"为点乘之意，上标b代表在载体坐标系中； 载体坐标系是正交的右手坐标系，其Xb、Yb、Zb轴向分别沿安装有惯性角速度传感器的运载 体的横滚轴、俯仰轴和偏航轴，其中横滚轴指向前进方向，俯仰轴在载体平面上指向横滚轴 的右边； 地球自转角速度在载体坐标系中的坐标向量的计算模型如下：式（3)中Q为地球自转角速度的大小，一般取7. 292115X10 5rad/s;B为载体所在位 置的炜度；A、?、0为载体姿态角：A为载体前进方向的真方位角；?为载体前进方向与水 平面间的夹角，上坡为正，下坡为负；?为载体绕横滚轴从俯仰轴在水平位置起到当前位 置所转过的角度，面朝前进方向观察，顺时针转角为正。【专利摘要】本专利技术提供了一种对惯性角速度传感器进行地球自转补偿的数学模型。惯性角速度传感器，如光纤陀螺仪（FOG），常被用来测量其载体相对地球的角速度，但由于惯性传感器所测值实为载体在其敏感轴方向的绝对角速度，所以必须进行地球自转补偿。本专利技术中的补偿模型需使用如下信息：传感器敏感轴的指向、载体所在纬度及其姿态角。在由惯性角速度传感器和加速度传感器组建成的捷联惯性导航系统中，地球自转的补偿问题在其加速度计算模型中已顾及，本专利技术可单独对所测角速度进行地球自转补偿，能提高使用惯性角速度传感器测量载体对地旋转角度或旋转角速度的精度。【IPC分类】G01C19/00, G01C21/16【公开号】CN105222764【申请号】CN201510631989【专利技术人】陶捷, 朱洪涛, 熊丽娟 【申请人】江西日月明测控科技股份有限公司【公开日】2016年1月6日【申请日】2015年9月29日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对惯性角速度传感器进行地球自转补偿的数学模型，其特征是：补偿公式如下：ωeb＝ωib‑ze   (1)式(1)中ωeb是传感器载体在其敏感轴方向上相对于地球的角速度即补偿后的值，ωib是传感器载体在其敏感轴方向上相对于惯性参照系的角速度即为未补偿前的角速度测量值，ze是地球自转角速度在传感器敏感轴方向上的分量；地球自转角速度在传感器敏感轴方向上的分量Ze的计算公式如下：ze=rb·ωieb=rXbrYbrZb·ωieb---(2)]]>式(2)中rb是代表敏感轴方向的单位矢量在载体坐标系中的坐标向量，是地球自转角速度在载体坐标系中的坐标向量，符号“·”为点乘之意，上标b代表在载体坐标系中；载体坐标系是正交的右手坐标系，其Xb、Yb、Zb轴向分别沿安装有惯性角速度传感器的运载体的横滚轴、俯仰轴和偏航轴，其中横滚轴指向前进方向，俯仰轴在载体平面上指向横滚轴的右边；地球自转角速度在载体坐标系中的坐标向量的计算模型如下：ωieb=Ω(cos B cosΦcos A+sinΦsin B)&Omega;[cos B(sinΘsinΦcos A-cosΘsin A)-sin BsinΘcosΦ]Ω[cos B(sinΘsin A+cosΘsinΦcos A)-sin B cosΘcosΦ]---(3)]]>式(3)中Ω为地球自转角速度的大小，一般取7.292115×10‑5rad/s；B为载体所在位置的纬度；A、Φ、Θ为载体姿态角：A为载体前进方向的真方位角；Φ为载体前进方向与水平面间的夹角，上坡为正，下坡为负；Θ为载体绕横滚轴从俯仰轴在水平位置起到当前位置所转过的角度，面朝前进方向观察，顺时针转角为正。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陶捷，朱洪涛，熊丽娟，
申请(专利权)人：江西日月明测控科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36