[发明专利]一种基于双轴重力加速度传感器倾角测量的方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于双轴重力加速度传感器倾角测量的方法及装置，首先，将双轴重力加速度传感器测量平台固定于待测倾斜圆柱侧面，通过沿待测倾斜柱体侧面移动得到其与x轴、y轴的最大倾角η_x0、η_y0，记该位置为A，根据三维空间向量坐标关系得到其与z轴的倾角η_z0，进行k次倾角采集且剔除粗大误差得到η_x1，η_x2，…，η_xl和η_y1，η_y2，…，η_yl，将上述数据代入倾角η_z0公式，计算l组数据的z轴倾角的加权平均值η_z；然后，将双轴重力加速度传感器测量平台沿待测倾斜圆柱旋转180°，记该位置为B，重复上述倾角采集过程，得到z轴倾角加权平均值η_z′；最后，由η_z、η_z′实现双轴重力加速度传感器测量平台校准，并计算双轴重力加速度传感器测量平台与倾斜圆柱相契合时的偏移角β，求出待测倾斜圆柱与z轴的倾角。

主权项

本发明公开了一种基于双轴重力加速度传感器倾角测量的方法及装置，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将双轴重力加速度传感器测量平台固定于待测倾斜圆柱侧面，通过沿待测倾斜柱体侧面顺时针方向水平移动得到其与x轴、y轴的最大倾角η_x0、η_y0，且记该位置为A；步骤二：根据倾角η_x0、倾角η_y0结合三维空间向量关系得到双轴重力加速度传感器测量平台与z轴的倾角η_z0，具体公式为${\mathrm{\η}}_{z0}=\frac{\mathrm{\π}}{2}-\sqrt{{\sin }^2{\mathrm{\η}}_{x0}-{\cos }^2{\mathrm{\η}}_{y0}}-\frac{{\left(\sqrt{{\sin }^2{\mathrm{\η}}_{x0}-{\cos }^2{\mathrm{\η}}_{y0}}\right)}^3}{6};$步骤三：进行k次倾角采集得到双轴重力加速度传感器测量平台与x轴的倾角η_x1,η_x2,…,η_xk和与y轴的倾角η_y1,η_y2,…,η_yk，同时分别计算平均值为和标准差和且记$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ν}}_{xi}={\mathrm{\η}}_{xi}-{\mathrm{\η}}_{\stackrel{\‾}{x}}\\ {\mathrm{\ν}}_{yi}={\mathrm{\η}}_{yi}-{\mathrm{\η}}_{\stackrel{\‾}{y}}\end{array}\right.$其中，ν_xi、ν_yi为第i次采集残差，利用莱特法则，剔除|v_i|＞3σ的倾角数据，得到η_x1,η_x2,…,η_xl和η_y1,η_y2,…,η_yl；步骤四：将步骤三求得的η_x1,η_x2,…,η_xl与η_y1,η_y2,…,η_yl带入倾角η_z0公式，计算得到η_z1,η_z2,…,η_zl，并对其进行加权平均计算，获得l组数据的双轴重力加速度传感器测量平台实时z轴倾角值η_z，具体公式为${\mathrm{\η}}_z=\underset{j=1}{\overset{l}{\Σ}}\frac{{{\mathrm{\η}}_{zj}}^2}{{\mathrm{\η}}_{zp}}$其中，η_zp＝η_z1+η_z2+…+η_zl；步骤五：将双轴重力加速度传感器测量平台结合水平仪沿待测倾斜圆柱侧面水平旋转180°至另一最大倾角处，记为该位置为B，重复步骤二到步骤四倾角采集过程，得到其与z轴的实时倾角η_z′；步骤六：定义双轴重力加速度传感器测量平台与待测倾斜圆柱相契合时的偏移角为β，且记位置A和位置B的偏移角分别为β₁和β₂，结合η_z和η_z′可得偏移角β，具体公式为$\mathrm{\β}=\frac{{{\mathrm{\η}}_z}^{\′}-{\mathrm{\η}}_z}{2}$同时，记引入β后待测倾斜圆柱与z轴的倾角为η，由几何关系得其具体公式$\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{\π}}{2}-\frac{{\mathrm{\η}}_z+{{\mathrm{\η}}_z}^{\′}}{2}$至此，已完成待测倾斜柱体倾角计算。