[发明专利]一种基于旋转调制的捷联式重力矢量测量方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及重力测量技术领域，具体是一种基于旋转调制的捷联式重力矢量测量方法。

背景技术

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。

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，本发明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。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明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。

为实现上述目的，本发明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。

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：

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。

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。

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。

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：

次序1：IMU逆时针旋转180°，转动时间为t_d，停止时间为t_s；