一种基于旋转调制的捷联式重力矢量测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于旋转调制的捷联式重力矢量测量方法，在捷联式重力仪进行重力矢量测量的过程中，对IMU施加正反转停的调制，以抑制IMU中陀螺测量误差引起的姿态误差，在提高载体位置、速度和姿态精度的同时提高重力矢量的测量精度，其中，旋转调制转动方案遵循正反转轨迹对称、停止位置对称、停止时间相等的原则，以通过所述周期性旋转抵消IMU正反转轨迹中的误差和。本发明专利技术应用于重力测量领域，能够有效地抑制重力仪的惯性器件误差，提高重力矢量测量精度。矢量测量精度。矢量测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于旋转调制的捷联式重力矢量测量方法


[0001]本专利技术涉及重力测量
，具体是一种基于旋转调制的捷联式重力矢量测量方法。

技术介绍

[0002]重力矢量测量包括重力扰动垂向分量和水平分量，其中重力扰动水平分量在预测地震、反演洋流信息以及计算矿物分布等多个领域具有独有的优势和地位。目前，重力扰动水平分量的测量精度距离理想的工程实用化还有一定距离，在现有的GNSS精度和惯性器件制造工艺水平下，惯性器件测量误差是制约重力矢量测量精度的关键，可以通过误差补偿或抑制的方式减小其对重力测量系统的影响。常见的惯性器件误差抑制方法是旋转调制，根据旋转轴数目的不同，可分为单轴旋转调制、双轴旋转调制和三轴旋转调制等，其中单轴旋转调制方案具有易实现、成本低、结构简单等优点，是目前应用最广泛的旋转方案。
[0003]在目前基于单轴旋转调制的重力矢量测量领域中，研究者只考虑了惯性器件的零偏，其中戴东凯通过单轴旋转调制提高加速度计的常值零偏可观性来减小零偏误差估计，从而提高垂线偏差测量精度；王明皓采用单轴连续旋转方案将常值零偏调制成周期信号，并通过积分运算抵消误差达到提高重力测量精度的目的。常值零偏是惯性器件测量误差的主要误差项，但在实际情况下，陀螺的标度因数误差也不可忽略，它会影响姿态误差进而影响重力测量精度。在考虑标度因数误差的情况下，单轴连续旋转会快速激发陀螺天向姿态误差从而降低重力测量精度，为解决上述问题，本专利技术提出一种基于旋转调制的捷联式重力矢量测量方法，达到提高重力矢量测量精度、满足工程实用化的目的。/>
技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种基于旋转调制的捷联式重力矢量测量方法，能够有效地抑制重力仪的惯性器件误差，在提高载体位置、速度和姿态精度的同时提高重力矢量的测量精度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于旋转调制的捷联式重力矢量测量方法，在捷联式重力仪进行重力矢量测量的过程中，对IMU施加正反转停的调制，以抑制IMU中陀螺测量误差引起的姿态误差，在提高载体位置、速度和姿态精度的同时提高重力矢量的测量精度。
[0006]在其中一个实施例，所述捷联式重力矢量测量方法具体包括如下步骤：
[0007]步骤1，设计对称位置往复转停的旋转调制转动方案；
[0008]步骤2，将IMU固定在可绕载体坐标系任意轴转动的转台上，并基于所述旋转调制转动方案使IMU进行周期性旋转；
[0009]步骤3，在IMU周期性旋转的过程中获取IMU的惯性数据，并将所述惯性数据由陀螺坐标系转换到导航坐标系下后进行惯导解算，得到误差抑制后的载体位置、速度和姿态；
[0010]步骤4，根据惯导解算得到的差抑制后的载体位置、速度和姿态以及GNSS得到的载
体位置、速度和姿态进行卡尔曼滤波，得到误差抑制后的重力矢量测量结果。
[0011]在其中一个实施例，步骤1中，所述旋转调制转动方案遵循正反转轨迹对称、停止位置对称、停止时间相等的原则，以通过所述周期性旋转抵消IMU正反转轨迹中的误差和。
[0012]在其中一个实施例，所述旋转调制转动方案为双位置往复转停方案或多位置往复转停方案。
[0013]在其中一个实施例，当所述旋转调制转动方案为双位置往复转停方案时，IMU的每个旋转周期分为四个次序，分别为：
[0014]次序1：IMU逆时针旋转180
°
，转动时间为t
d
，停止时间为t
s
；
[0015]次序2：IMU顺时针旋转180
°
，转动时间为t
d
，停止时间为t
s
；
[0016]次序3：IMU顺时针旋转180
°
，转动时间为t
d
，停止时间为t
s
；
[0017]次序4：IMU逆时针旋转180
°
，转动时间为t
d
，停止时间为t
s
。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益技术效果：
[0019]1、现有技术只考虑了惯性器件的零偏，而本专利技术在此基础上额外考虑了标度因数误差，进一步精确惯性器件的误差模型会提高重力矢量测量精度；
[0020]2、在考虑惯性器件标度因数误差项的情况下，与单轴单向连续旋转方案相比，本专利技术在抑制水平姿态误差及速度误差的同时不会产生较大的天向姿态误差附加项，达到了抑制重力矢量测量误差的目的。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0022]图1为本专利技术实施例中捷联式重力矢量测量方法的流程图；
[0023]图2为本专利技术实施例中对称位置往复转停方案的示意图，其中：(a)为双位置往复转停方案示意图，(b)为四位置往复转停方案示意图，(c)为六位置往复转停方案示意图。
[0024]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0027]另外，本专利技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0028]本实施例公开了一种基于旋转调制的捷联式重力矢量测量方法，该方法通过在捷联式重力仪进行重力矢量测量的过程中，对IMU施加正反转停的调制，以达到抑制IMU中陀螺测量误差引起的姿态误差的效果，进而在提高载体位置、速度和姿态精度的同时，也提高重力矢量的测量精度。具体参考图1，本实施例中的捷联式重力矢量测量方法具体包括如下步骤：
[0029]步骤1，设计对称位置往复转停的旋转调制转动方案；
[0030]步骤2，将IMU固定在可绕载体坐标系任意轴转动的转台上，并基于所述旋转调制转动方案使IMU进行周期性旋转；
[0031]步骤3，在IMU周期性旋转的过程中获取IMU的惯性数据，并将所述惯性数据由陀螺坐标系转换到导航坐标系下后进行惯导解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于旋转调制的捷联式重力矢量测量方法，其特征在于，在捷联式重力仪进行重力矢量测量的过程中，对IMU施加正反转停的调制，以抑制IMU中陀螺测量误差引起的姿态误差，在提高载体位置、速度和姿态精度的同时提高重力矢量的测量精度。2.根据权利要求1所述的基于旋转调制的捷联式重力矢量测量方法，其特征在于，所述捷联式重力矢量测量方法具体包括如下步骤：步骤1，设计对称位置往复转停的旋转调制转动方案；步骤2，将IMU固定在可绕载体坐标系任意轴转动的转台上，并基于所述旋转调制转动方案使IMU进行周期性旋转；步骤3，在IMU周期性旋转的过程中获取IMU的惯性数据，并将所述惯性数据由陀螺坐标系转换到导航坐标系下后进行惯导解算，得到误差抑制后的载体位置、速度和姿态；步骤4，根据惯导解算得到的差抑制后的载体位置、速度和姿态以及GNSS得到的载体位置、速度和姿态进行卡尔曼滤波，得到误差抑制后的重力矢量测量结果。3.根据权利要求2所述的基于旋转调制的捷联式重力矢量测量方法，其特征在于，步骤1中，所述旋转调制转动方案遵循正反转轨迹对称、停止位置对称、停止时间相等的原则，以通...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨柏楠，麻彩霞，曹聚亮，吴美平，蔡劭琨，于瑞航，熊志明，郭妍，潘国伟，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：