惯性技术视角下动态重力测量技术评述(二)不同的惯性平台

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1、第34卷第4期海洋测绘Vol.34，No.42014年7月HYDＲOGＲAPHICSUＲVEYINGANDCHAＲTINGJul．，2014DOI:10．3969/j．issn．1671－3044．2014．04．020惯性技术视角下动态重力测量技术评述(二):不同的惯性平台常国宾，李胜全(海军海洋测绘研究所，天津300061)摘要:动态重力测量技术是惯性技术的一种典型应用。作为动态重力测量系统不可或缺的一部分，稳定平台的功能是提供一种能够隔离载体动态、实时跟踪参考系的物理装置，或提供载体相对于参考系姿

2、态信息的软件算法。当前大多数的稳定平台，都是基于惯性元件构建的，可称之为惯性平台。从稳定平台的角度对几种常见重力仪进行分类，对采用四种类型惯性平台的重力仪进行较详细的分析和评述，即双轴阻尼陀螺稳定平台、捷联方位双轴惯导平台、三轴惯导平台和捷联惯导平台。关键词:重力测量;惯性技术;重力仪;惯性导航系统;陀螺;加速度计;姿态;平台;捷联中图分类号:P24，P227．9文献标志码:A文章编号:1671-3044(2014)04-0073-06安装在载体上的陀螺可测量相对惯性系的转动1引言信息，根据此信息可控制

3、平台使其相对惯性系不存静态重力仪可达到较高的精度和分辨率，但在在转动，也可不采用平台，而根据此信息计算载体相效率和适用性方面存在缺陷。动态重力仪与静态重对惯性系的姿态。不论采用平台与否，陀螺都可以力仪具有互补性，可搭载车辆、舰船和飞机等进行快“隔离”载体转动，实现对惯性系的跟踪(物理或数速的测量，几乎不受地形限制。然而动态重力测量学跟踪)，这种控制回路或计算流程，在重力测量或在复杂的动态中实施，系统更复杂，技术要求更高，惯性导航领域被称为稳定回路。然而在地球表面附如传感器需具有更广的测量范围。动态重力仪

4、科技近的应用中，更感兴趣的是在当地地理坐标系等非含量高，只有少数国家可以研制，Sokolov认为只有惯性系内表示的量。为跟踪非惯性系，可在稳定回美国、俄罗斯、德国和日本实现了海、空重力仪的研路的基础上增加一个回路，利用非惯性系相对惯性［1］制和商业化生产。系的转动信息，修正稳定回路，使平台跟踪非惯性载体处于复杂的动态中，而重力测量成果为重系，此回路一般被称为修正回路。修正回路中非惯力在参考坐标系内的分量，如标量测量中重力在竖性系相对惯性系的运动信息可由加速度计提供。如直方向的分量、矢量测量中重力在北－东

5、－地方向忽略运动加速度，加速度计的输出反映了平台相对的分量。所以动态重力测量系统需要建立联系两种于当地水平面的倾斜信息，根据此信息可控制平台坐标系的平台系统或姿态基准。尽管理论上存在无使其保持在水平面内。也可利用所测加速度(扣除需姿态基准的动态重力仪，如旋转不变式重力仪只重力)，计算载体位置，从而得到当地地理系相对于采用三个正交安装的加速度计即可计算重力的幅惯性系的转动关系，结合陀螺仪测量的载体相对于［2］［3－4］值。此后学者也做过类似试验，但此方法只惯性系的转动关系，就可以得到载体相对当地地理能进行

6、标量测量，且该方案在目前条件下精度有限，系的转动关系，实际上这就是惯性导航系统(inertial一般不被采用。当前动态重力仪要么具备一种可隔navigationsystem，INS)的原理。在INS或以INS为离载体动态、跟踪参考系的物理装置，要么可通过计姿态基准的重力仪中，修正回路的自然周期为算机计算载体相对参考系的姿态。如果称前者为物84.4min，即Schuler周期，具有Schuler周期调谐的理平台的话，后者可被称为数学平台，本文将其统称修正回路被称为Schuler回路。满足Schuler调谐

7、的为稳定平台。回路，其水平姿态理论上不受载体水平运动加速度收稿日期:2014-03-13;修回日期:2014-05-16基金项目:国家自然科学基金(41374018)。作者简介:常国宾(1984-)，男，山东荷泽人，工程师，博士，主要从事组合导航、重力测量、航天器姿态估计和最优估计理论研究。74海洋测绘第34卷［5］的影响。息还包括:地球相对惯性空间的转动(主要是地球上述采用陀螺和加速度计等惯性元件的平台可的自转)、载体在地球表面运动引起的角速度(地球统称为惯性平台。实际上重力传感器也是一种加速表面在非

8、严格平面，所以载体在地球表面的运动会度计，也为惯性元件。可以认为，惯性系统为动态重引起相对惯性空间的角速度)、陀螺漂移(陀螺的测力测量系统不可或缺的一部分。量误差)。三种角速度量值较小，但长时间累积后目前的动态重力仪中，主要采用如下四种惯性会带来影响。这种影响可根据加速度计的输出来补平台:L＆Ｒ系列与BGM－3的双轴阻尼陀螺稳定平偿。即:稳定回路存在偏差，造成平台偏离水平，使台、Chekan－AM所采用的捷联方位双轴惯导平台、得加速度计敏感