[發明專利]重力儀慣性組件系統級在線標定參考坐標系建立方法

有效

• 申請號: 202011041064.8
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112325902B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 毋興濤;高峰;高巍;張曉雅;張子山
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0七研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王雨晴

本發明涉及一種重力儀慣性組件系統級在線標定參考坐標系建立方法，包括以下步驟：步驟1、建立IMU上加速度計坐標系ox_ay_az_a，該坐標系不是正交坐標系；其中，ox_a，oy_a，oz_a軸與相應加速度計敏感軸重合；步驟2、以加速度計輸入軸為基礎確定參考坐標系，令該正交參考系的oz軸與加速度計的輸入軸oz重合，并規定oy軸在加速度計坐標系oxoy平面內，然后根據右手坐標系確定ox軸。本發明能夠保證平臺式重力儀的重力測量功能僅由垂向重力敏感器實現，水平加速度計不直接參與重力測量，更有利于保證重力儀的高分辨率和高穩定性。

技術領域

本發明屬于重力儀慣性元件高精度標定技術領域，涉及重力儀慣性組件系統級在線標定技術，尤其是一種重力儀慣性組件系統級在線標定參考坐標系建立方法。

背景技術

地球重力場是地球的基本物理場，它反映了地球內部物質分布與地球的旋轉運動，制約著地球表面和近地空間物體運動，地球重力場信息在地球科學中的地球物理、地質勘探、大地測量學、海洋學、地球動力學等基礎學科和軍事、國家安全等領域中有重大戰略和基礎性作用。動態相對重力儀是地球重力場探測的核心儀器，我國重力儀研發及制造技術已日趨成熟，正逐步替代國產設備。

隨著使用時間的增長，慣性元件的關鍵參數逐漸變化，出廠裝訂參數誤差逐漸增大甚至超差。重力儀慣性元件高精度標定是減小重力敏感器(垂向加速度計)測量誤差及保證慣性平臺姿態精度的關鍵技術，也一定程度決定了重力儀的動態測量精度。利用高精度轉臺精確轉位功能在實驗室完成標定的方法稱為分立式標定。不借助高精度轉臺，在系統上利用最優估計的方法通過導航誤差對慣性組件參數進行在線標定的方法稱為系統級在線標定。由于系統級在線標定技術不借助高精度轉臺，且抗環境干擾能力強，因此，能夠在工作現場實現標定過程，靈活方便，且能夠提高設備的維修性和保障性能力，在慣性組件標定領域得到大量應用。

在已有的系統級在線標定研究文獻中，各文獻的最大差異在于旋轉編排的設計以及Kalman濾波器模型的建立方法。而在參考坐標系建立方法上，已有的定義慣性測量參考系的方法有兩種，第一種是設定x軸方向加速度計敏感軸與正交參考坐標系x軸重合，并規定oy軸在加速度計坐標系oxoy平面內，然后根據右手坐標系確定oz軸。第二種是設定x軸方向陀螺儀敏感軸與正交參考坐標系x軸重合，并規定oy軸在陀螺儀坐標系oxoy平面內，然后根據右手坐標系確定oz軸。

對于慣性導航應用，上述建立參考坐標系的方法不影響慣性導航系統精度。而對于重力測量應用，上述參考坐標系建立方法將導致重力儀輸出與水平加速度計精度相關。由于水平加速度計精度較重力敏感器精度至少低1個數量級，因此嚴重影響重力儀輸出的分辨率與長期穩定性，上述系統級在線標定參考坐標系建立方法是不適合平臺式重力儀使用要求的。

因此，如何設計一種高精度的平臺式重力儀慣性組件系統級在線標定參考坐標系建立方法，是本領域技術人員需要解決的技術難題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種平臺式重力儀慣性組件系統級在線標定參考坐標系建立方法，能夠支撐重力儀在靜基座及微幅搖擺條件下實現慣性組件元件誤差系統級在線標定。

本發明解決其現實問題是采取以下技術方案實現的：

一種平臺式重力儀慣性組件系統級在線標定參考坐標系建立方法，包括以下步驟：

步驟1、建立IMU上加速度計坐標系ox_ay_az_a，該坐標系不是正交坐標系。其中，ox_a，oy_a，oz_a軸與相應加速度計敏感軸重合；

步驟2、以加速度計輸入軸為基礎確定參考坐標系，令該正交參考系的oz軸與加速度計的輸入軸oz重合，并規定oy軸在加速度計坐標系oxoy平面內，然后根據右手坐標系確定ox軸。