[發明專利]一種對慣性角速度傳感器進行地球自轉補償的方法

有效

• 申請號: 201510631989.0
• 申請日: 2015-09-29
• 公開（公告）號: CN105222764B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 陶捷;朱洪濤;熊麗娟
• 申請（專利權）人: 江西日月明測控科技股份有限公司
• 主分類號: G01C19/00
• 分類號: G01C19/00;G01C21/16
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 夏材祥

一種對慣性角速度傳感器進行地球自轉補償的方法。慣性角速度傳感器，如光纖陀螺儀(FOG)，常被用來測量其載體相對地球的角速度，但由于慣性傳感器所測值實為載體在其敏感軸方向的絕對角速度，所以必須進行地球自轉補償。本發明中的補償模型需使用如下信息：傳感器敏感軸的指向、載體所在緯度及其姿態角。在由慣性角速度傳感器和加速度傳感器組建成的捷聯慣性導航系統中，地球自轉的補償問題在其加速度計算模型中已顧及，本發明可單獨對所測角速度進行地球自轉補償，能提高使用慣性角速度傳感器測量載體對地旋轉角度或旋轉角速度的精度。

技術領域

本發明涉及一種對慣性角速度傳感器進行地球自轉補償的方法，屬于檢測技術中的傳感器應用技術領域。

背景技術

近些年慣性敏感器和慣性導航的應用獲得了迅猛的發展，但在地球上研究一個物體，多數情況下關注的是它相對于地球的位置和姿態。因此慣性導航中，計算的是物體的對地加速度、速度和位移。然而，在其它一些單獨用慣性敏感器進行檢測的場合，往往會因為地球的自轉角速度與檢測量相比非常之小，而將其忽略，直接將地球視作慣性參照系；又或者是采用去零點或濾波的方法盡可能地將地球自轉的影響降到最小。

在不很長的時間段上，宏觀地看地球的自轉，其角速度基本上是恒定不變的，文獻[1]顯示其數值為7.292115×10^-5rad/s，方向指向地球的北極。因此，當傳感器的載體處于地球上某個位置、某個姿態時，地球自轉角速度在載體坐標系中的坐標是一定的，在角速度傳感器敏感軸方向上的分量亦是固定的。因此，通過數學建模來對傳感器進行地球自轉補償以得到該位置姿態的載體在其敏感軸方向的對地轉速是可行的。

發明內容

本發明的目的是對慣性角速度傳感器進行地球自轉補償，從而得到載體相對于地球的角速度。

本發明的技術方案如下：

補償公式如下：

ω_eb＝ω_ib-z_e (1)

式(1)中ω_eb是傳感器載體在其敏感軸方向上相對于地球的角速度(即補償后的值)，ω_ib是傳感器載體在其敏感軸方向上相對于慣性參照系的角速度(即為未補償前的角速度測量值)，z_e是地球自轉角速度在傳感器敏感軸方向上的分量。

地球自轉角速度在傳感器敏感軸方向上的分量Z_e的計算公式如下：

式(2)中r^b是代表敏感軸方向的單位矢量在載體坐標系中的坐標向量，是地球自轉角速度在載體坐標系中的坐標向量，符號“·”為點乘之意，上標b代表在載體坐標系中；載體坐標系是正交的右手坐標系，其X_b、Y_b、Z_b軸向分別沿安裝有慣性角速度傳感器的運載體的橫滾軸、俯仰軸和偏航軸，其中橫滾軸指向前進方向，俯仰軸在載體平面上指向橫滾軸的右邊。

地球自轉角速度在載體坐標系中的坐標向量的計算模型如下：

式(3)中Ω為地球自轉角速度的大小，一般取7.292115×10^-5rad/s；B為載體所在位置的緯度；A、Φ、Θ為載體姿態角：A為載體前進方向的真方位角，Φ為載體前進方向與水平面間的夾角(上坡為正，下坡為負)，Θ為載體繞橫滾軸從俯仰軸在水平位置起到當前位置所轉過的角度(面朝前進方向觀察，順時針轉角為正)——A、Φ、Θ實為從當地地理坐標系到載體坐標系的三個歐拉轉動角。當地地理坐標系的坐標軸X_n指向北、Y_n指向東、Z_n沿當地垂線方向向下。