[发明专利]多自由度组合姿态测量方法及装置

摘要

本发明公开了一种多自由度组合姿态测量方法及装置，在与常规的正交地理坐标系初始重合的测量仪器坐标系OXYZ的三轴上安装一组(三自由度)姿态传感器，接着将正交地理坐标系绕其重力方向平行的轴旋转一次，构成第二个仪器坐标系OMNZ，在M、N轴方向安装一组(二自由度)姿态传感器，再将正交地理坐标系绕其非重力方向平行的轴旋转一次，构成第三个仪器坐标系OXPQ或OSYT，在P、Q轴或S、T轴方向安装一组(二自由度)姿态传感器，这样得到一个多自由度组合姿态测量装置，可使得在任何姿态位置，至少有一个仪器坐标系中的2个传感器可以输出较大幅度的姿态测量信号，提高姿态测量的原始信噪比和整体测量精度。

主权项

一种多自由度组合姿态测量方法，采用三个各自正交的仪器坐标系，其中第一个仪器坐标系与地理坐标系初始重合，与地理坐标系中重力方向平行的轴为Z轴，其他两个正交轴分别为X、Y轴，另外两个仪器坐标系是由地理坐标系旋转得到的，其特征在于，首先，以位于待测装置中间位置的传感器检测元件中心O为原点，以地理坐标系中重力方向平行的轴为Z轴，与地理坐标系中非重力方向平行的其他两个轴为X、Y轴，建立第一个仪器坐标系OXYZ；然后，将地理坐标系绕其重力方向平行的轴逆时针或顺时针旋转θ角，θ＝±45°或θ＝±135°，构成第二个仪器坐标系OMNZ，与Z轴正交的另外两个轴为M、N轴；接着，将地理坐标系绕其非重力方向平行的X轴逆时针或顺时针旋转θ角，构成第三个仪器坐标系OXPQ，与X轴正交的另外两个轴为P、Q轴，或者将地理坐标系绕非重力方向平行的Y轴逆时针或顺时针旋转θ角，构成第三个仪器坐标系OSYT，与Y轴正交的另外两个轴为S、T轴；在各轴上安装姿态测量传感器，各传感器检测元件的中心始终在待测装置的中心轴线上；最后，定义待测装置的倾斜角I为待测装置的中心轴线与指向地心的重力矢量的夹角，工具面角T为从第一个仪器坐标系OXYZ下待测装置的重力铅垂面指北方向逆时针旋转到待测装置中心轴线的铅垂面上高边方向的夹角，方位角A为第一个仪器坐标系OXYZ下待测装置从地理北逆时针旋转到待测装置在非重力轴所组成平面上投影的角度；在任何姿态位置，当其中一个仪器坐标系中有2个传感器测量幅值均比其他仪器坐标系中的任何传感器测量幅值大时，该仪器坐标系即作为当前姿态位置的最佳测量仪器坐标系，根据该仪器坐标系与地理坐标系的旋转关系来计算姿态参数。