[发明专利]基于静态和和动态倾角仪校正的陀螺仪线形测量方法与系统

说明书

本发明提供一种基于静态和和动态倾角仪校正的陀螺仪线形测量方法及系统，载有标定后的陀螺仪和第一倾角仪的运载体，在待测轨道上匀速运动；得到陀螺仪和第一倾角仪测量的轨道角度信息；将同一时刻的陀螺仪和第一倾角仪测量的轨道角度信息相减，得到角度偏差，计算卡尔曼滤波增益；运用卡尔曼滤波算法，对同一时刻陀螺仪和第一倾角仪测量的轨道角度信息进行融合修正，得到该时刻的轨道倾角数据；待测轨道上间隔设置若干个标定后的第二倾角仪，每当运载体经过其中一个第二倾角仪时，将该第二倾角仪测得的轨道倾角值作为修正值，赋予给该时刻的轨道倾角数据。本发明弥补了陀螺仪随时间推移累加误差逐渐增加的缺点，提高了轨道角度测量的精确性。

技术领域

本发明属于轨道的线形测量技术领域，具体涉及一种基于静态和和动态倾角仪校正的光纤陀螺线形测量方法与系统。

背景技术

轨道不平顺严重影响列车的安全运行，且降低了乘客乘坐的舒适性，更严重的会发生汽车侧翻等危险事故。国内外对轨道不平顺的检测进行了大量的研究和开发，在现有轨道不平顺的检测中，主要分为弦测法和惯性基准法。检测技术逐渐从单一到多项、从接触式到非接触式以及从静态到动态，检测精度也逐步提高。中国经历了由弦测法向惯性基准法的过渡。惯性基准法相对于弦测法，大大节省了人力物力。在惯性测量方法中轨道检查车是检查轨道病害、指导路线维修、保障行车安全的重要设备，也是实现轨道状态现代化管理必不可少的重要条件。传统的惯性导航系统直接装在运载体上的底盘上，且为单惯性导航系统。振动信号传递不直接，采集数据不全面，导致测量轨道倾斜信息不准确。

专利CN106092098A中提到了陀螺仪和倾角仪测量航姿的思路，其中仅仅用倾角仪旋转矩阵对载体在姿态系下的投影进行姿态分解，并未采取更加完整的算法。专利CN105953797 A中提到了单轴陀螺仪和倾斜仪以及里程计组合测量姿态的方法。在《船载卫星天线伺服系统中姿态检测系统》中，同样提到了光纤陀螺仪和倾角传感器进行融合的思路且并未提及具体的实践装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于静态和和动态倾角仪校正的陀螺仪线形测量方法与系统，能够提高轨道角度测量的精确性。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于静态和和动态倾角仪校正的陀螺仪线形测量方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：

S1、数据采集：

载有标定后的陀螺仪和第一倾角仪的运载体，在待测轨道上匀速运动；分别通过陀螺仪和第一倾角仪，得到实时的陀螺仪测量的轨道角度信息和第一倾角仪测量的轨道角度信息；

S2、倾角计算：

将同一时刻的陀螺仪测量的轨道角度信息和第一倾角仪测量的轨道角度信息相减，得到同一时刻陀螺仪和第一倾角仪测量的角度偏差，进一步计算卡尔曼滤波增益；运用卡尔曼滤波算法，对同一时刻陀螺仪测量的轨道角度信息和第一倾角仪测量的轨道角度信息进行融合修正，得到该时刻的轨道倾角数据；

S3、数据修正：

待测轨道上间隔设置若干个标定后的第二倾角仪，每当运载体经过其中一个第二倾角仪时，将该第二倾角仪测得的轨道倾角值作为修正值，赋予给S2所得到该时刻的轨道倾角数据。

按上述方法，所述的陀螺仪在标定时，得到标定时所输出的静态角速度ω₀，并查询到进行测量处地球自转产生的角速度ω_i；在运载体在待测轨道上匀速运动时，陀螺仪所输出的任意时刻的角度信息θ，由下述公式得到：

假定(t₁-t₀)无限小，θ可无限的接近于式：

θ＝θ₀+(ω-ω₀-ω_i)(t₁-t₀)