[发明专利]基于捷联惯性/GPS组合辅助水平角运动隔离的重力测量方法

说明书

本发明涉及一种基于捷联惯性/GPS组合辅助水平角运动隔离的重力测量方法，包括如下步骤：在实测过程中，重力仪的IMU外部采用双轴稳定平台隔离载体的水平角运动，在动态条件下经导航解算产生水平施矩量来控制平台跟踪地理水平；在重力测量数据后期处理过程中，结合DGPS信息完成对残余水平误差的Kalman滤波估计，将IMU的比力测量值通过姿态旋转到地理坐标系方向。本发明在实测过程中，通过双轴惯性稳定平台控制，使IMU基本保持地理水平位置，在对实测IMU数据的后期处理过程中，结合高精度的差分GPS信息完成对残余水平误差的Kalman滤波估计，同时能够实现对重力敏感器元件误差的估计和补偿，从而提高重力测量的动态环境适应性和重力测量精度。

技术领域

本发明属于动态重力测量技术领域，尤其是一种基于捷联惯性/GPS组合辅助水平角运动隔离的重力测量方法。

背景技术

在动态重力测量过程中，若将捷联式惯性信息测量单元(IMU)直接与载体固连，那么重力敏感器将始终随载体一起运动，尤其水平方向的角运动会放大重力敏感器与水平方向的非正交误差、标度因数误差等因素对重力测量精度的影响。因此在IMU的外围增加一个双轴平台，通过IMU陀螺和加速度计信息实现惯性稳定并实时追踪地理坐标系，保证重力敏感器的敏感轴方向始终接近地理垂向，这样可以有效提高实测数据的质量。

但是，在上述过程中，由于陀螺和加速度计元件误差引起的平台水平修正施矩量计算误差，方位轴无法隔离载体角运动，水平陀螺耦合方位旋转引起的惯性稳定误差以及闭环控制过程中的动态响应误差将导致IMU的水平姿态与地理坐标系水平之间依然存在一定程度的偏差，致使正交化后的重力敏感方向不能严格与地理垂向重合，造成最终的重力测量误差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、精度高且动态环境适应性强的基于捷联惯性/GPS组合辅助水平角运动隔离的重力测量方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于捷联惯性/GPS组合辅助水平角运动隔离的重力测量方法，包括以下步骤：

步骤1、在实测过程中，重力仪的IMU外部采用双轴稳定平台隔离载体的水平角运动，IMU中两个水平陀螺与内外环架同轴用于稳定平台反馈控制，垂向陀螺负责方位角运动测量，配合三个加速度计共同构成速率方位平台惯导控制模式，在动态条件下经导航解算产生水平施矩量来控制平台跟踪地理水平；

步骤2、在重力测量数据后期处理过程中，结合DGPS信息完成对残余水平误差的Kalman滤波估计，将IMU的比力测量值通过姿态旋转到地理坐标系方向。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明在实测过程中，通过双轴惯性稳定平台控制，使IMU基本保持地理水平位置，在对实测IMU数据的后期处理过程中，结合高精度的差分GPS信息完成对残余水平误差的Kalman滤波估计，将IMU的比力测量值通过姿态旋转到地理坐标系方向，通过比力测量矢量的坐标转换获得更为准确的垂向加速度信息，同时能够实现对重力敏感器元件误差的估计和补偿，从而提高重力测量的动态环境适应性和重力测量精度。

2、本发明通过双轴稳定平台隔离载体的水平角运动扰动，实时跟踪地理水平，降低了单独捷联式惯性系统进行动态测量时，载体水平运动扰动对重力测量的影响；在对惯性测量数据的后处理中，通过组合导航离线处理，进一步修正双轴稳定平台相对地理水平的姿态误差，实现了对重力敏感器元件误差估计和补偿，提高了测量精度。

附图说明

图1为双轴稳定平台的结构示意图；

图2为速率地平坐标系与地理坐标系相对位置关系示意图；

图3为速率方位捷联双轴平台惯导控制流程图；

图4为重力数据后处理算法流程图。