[发明专利]一种对惯性角速度传感器进行地球自转补偿的方法

说明书

一种对惯性角速度传感器进行地球自转补偿的方法。惯性角速度传感器，如光纤陀螺仪(FOG)，常被用来测量其载体相对地球的角速度，但由于惯性传感器所测值实为载体在其敏感轴方向的绝对角速度，所以必须进行地球自转补偿。本发明中的补偿模型需使用如下信息：传感器敏感轴的指向、载体所在纬度及其姿态角。在由惯性角速度传感器和加速度传感器组建成的捷联惯性导航系统中，地球自转的补偿问题在其加速度计算模型中已顾及，本发明可单独对所测角速度进行地球自转补偿，能提高使用惯性角速度传感器测量载体对地旋转角度或旋转角速度的精度。

技术领域

本发明涉及一种对惯性角速度传感器进行地球自转补偿的方法，属于检测技术中的传感器应用技术领域。

背景技术

近些年惯性敏感器和惯性导航的应用获得了迅猛的发展，但在地球上研究一个物体，多数情况下关注的是它相对于地球的位置和姿态。因此惯性导航中，计算的是物体的对地加速度、速度和位移。然而，在其它一些单独用惯性敏感器进行检测的场合，往往会因为地球的自转角速度与检测量相比非常之小，而将其忽略，直接将地球视作惯性参照系；又或者是采用去零点或滤波的方法尽可能地将地球自转的影响降到最小。

在不很长的时间段上，宏观地看地球的自转，其角速度基本上是恒定不变的，文献[1]显示其数值为7.292115×10^-5rad/s，方向指向地球的北极。因此，当传感器的载体处于地球上某个位置、某个姿态时，地球自转角速度在载体坐标系中的坐标是一定的，在角速度传感器敏感轴方向上的分量亦是固定的。因此，通过数学建模来对传感器进行地球自转补偿以得到该位置姿态的载体在其敏感轴方向的对地转速是可行的。

发明内容

本发明的目的是对惯性角速度传感器进行地球自转补偿，从而得到载体相对于地球的角速度。

本发明的技术方案如下：

补偿公式如下：

ω_eb＝ω_ib-z_e (1)

式(1)中ω_eb是传感器载体在其敏感轴方向上相对于地球的角速度(即补偿后的值)，ω_ib是传感器载体在其敏感轴方向上相对于惯性参照系的角速度(即为未补偿前的角速度测量值)，z_e是地球自转角速度在传感器敏感轴方向上的分量。

地球自转角速度在传感器敏感轴方向上的分量Z_e的计算公式如下：

式(2)中r^b是代表敏感轴方向的单位矢量在载体坐标系中的坐标向量，是地球自转角速度在载体坐标系中的坐标向量，符号“·”为点乘之意，上标b代表在载体坐标系中；载体坐标系是正交的右手坐标系，其X_b、Y_b、Z_b轴向分别沿安装有惯性角速度传感器的运载体的横滚轴、俯仰轴和偏航轴，其中横滚轴指向前进方向，俯仰轴在载体平面上指向横滚轴的右边。

地球自转角速度在载体坐标系中的坐标向量的计算模型如下：

式(3)中Ω为地球自转角速度的大小，一般取7.292115×10^-5rad/s；B为载体所在位置的纬度；A、Φ、Θ为载体姿态角：A为载体前进方向的真方位角，Φ为载体前进方向与水平面间的夹角(上坡为正，下坡为负)，Θ为载体绕横滚轴从俯仰轴在水平位置起到当前位置所转过的角度(面朝前进方向观察，顺时针转角为正)——A、Φ、Θ实为从当地地理坐标系到载体坐标系的三个欧拉转动角。当地地理坐标系的坐标轴X_n指向北、Y_n指向东、Z_n沿当地垂线方向向下。