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重力測(cè)量平臺(tái)自主式姿態(tài)確定原理 版權(quán)信息
- ISBN：9787030492142
- 條形碼：9787030492142 ; 978-7-03-049214-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
- 重量：暫無(wú)
- 所屬分類：>>
重力測(cè)量平臺(tái)自主式姿態(tài)確定原理 內(nèi)容簡(jiǎn)介
本書(shū)介紹重力測(cè)量穩(wěn)定平臺(tái)的自主式姿態(tài)確定的基本原理和方法。全書(shū)共6章，章為緒論，主要介紹國(guó)內(nèi)外主要重力儀及穩(wěn)定平臺(tái)的研究進(jìn)展；第2章介紹重力測(cè)量平臺(tái)姿態(tài)確定問(wèn)題的由來(lái)、平臺(tái)設(shè)計(jì)、平臺(tái)姿態(tài)確定概念限定及理論基礎(chǔ)；第3~第5章主要介紹重力測(cè)量平臺(tái)自主式粗對(duì)準(zhǔn)方法、逆向?qū)?zhǔn)方法、精對(duì)準(zhǔn)方法；第6章主要介紹重力測(cè)量平臺(tái)自主式姿態(tài)誤差抑制方法。
重力測(cè)量平臺(tái)自主式姿態(tài)確定原理 目錄
目錄
第1章 緒論 1
1.1 概述 2
1.2 海洋/航空重力儀及穩(wěn)定平臺(tái)研究進(jìn)展 5
1.2.1 國(guó)外重力儀及穩(wěn)定平臺(tái)研究進(jìn)展 5
1.2.2 國(guó)內(nèi)重力儀及穩(wěn)定平臺(tái)研究進(jìn)展 9
1.3 自主式姿態(tài)確定方法研究進(jìn)展 11
1.4 本書(shū)的主要內(nèi)容 13
第2章 重力測(cè)量平臺(tái)及其姿態(tài)確定原理 17
2.1 重力測(cè)量平臺(tái)姿態(tài)確定問(wèn)題的由來(lái) 18
2.2 重力測(cè)量平臺(tái)設(shè)計(jì) 19
2.2.1 重力測(cè)量平臺(tái)基本原理與結(jié)構(gòu) 19
2.2.2 平臺(tái)姿態(tài)確定與IMU姿態(tài)確定的一致性 21
2.2.3 重力測(cè)量平臺(tái)姿態(tài)確定的特點(diǎn) 23
2.3 重力測(cè)量平臺(tái)姿態(tài)確定概念限定 25
2.4 重力測(cè)量平臺(tái)姿態(tài)確定理論基礎(chǔ) 25
2.4.1 常用坐標(biāo)系定義 25
2.4.2 捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)基本原理簡(jiǎn)述 26
2.4.3 捷聯(lián)慣導(dǎo)羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)原理簡(jiǎn)述 27
2.5 本章小結(jié) 29
第3章 重力測(cè)量平臺(tái)自主式粗對(duì)準(zhǔn)方法 31
3.1 優(yōu)化對(duì)準(zhǔn)的定義與原理分析 32
3.1.1 載體系速度觀測(cè)的優(yōu)化對(duì)準(zhǔn)方法 32
3.1.2 導(dǎo)航系速度觀測(cè)的優(yōu)化對(duì)準(zhǔn)方法 36
3.2 基于回溯羅經(jīng)水平對(duì)準(zhǔn)回路的速度降噪方法 37
3.2.1 羅經(jīng)水平對(duì)準(zhǔn)與速度降噪 37
3.2.2 回溯導(dǎo)航算法 41
3.2.3 載體系速度確定方法 43
3.3 基于羅經(jīng)速度降噪的自主式初始對(duì)準(zhǔn)算法 44
3.4 試驗(yàn)驗(yàn)證 47
3.5 本章小結(jié) 54
第4章 重力測(cè)量平臺(tái)自主式逆向?qū)?zhǔn)方法 57
4.1 逆向?qū)Ш脚c優(yōu)化對(duì)準(zhǔn) 58
4.2 基于逆向優(yōu)化解析的初始對(duì)準(zhǔn)算法 60
4.2.1 載體系下逆向優(yōu)化對(duì)準(zhǔn)算法推導(dǎo) 60
4.2.2 導(dǎo)航系下逆向優(yōu)化對(duì)準(zhǔn)算法推導(dǎo) 62
4.2.3 試驗(yàn)驗(yàn)證 63
4.3 基于逆向優(yōu)化解析的自主式初始對(duì)準(zhǔn)算法 66
4.3.1 基本思路 66
4.3.2 試驗(yàn)驗(yàn)證 68
4.4 基于滑動(dòng)優(yōu)化解析的姿態(tài)解算方法 69
4.5 本章小結(jié) 71
第5章 重力測(cè)量平臺(tái)自主式精對(duì)準(zhǔn)方法 73
5.1 羅經(jīng)初始對(duì)準(zhǔn)方法原理分析 74
5.1.1 羅經(jīng)回路主要參數(shù)分析 74
5.1.2 方位對(duì)準(zhǔn)回路的頻域分析 75
5.1.3 傳統(tǒng)羅經(jīng)對(duì)準(zhǔn)法中的參數(shù)優(yōu)化方法 76
5.2 定常參數(shù)羅經(jīng)對(duì)準(zhǔn)算法優(yōu)化 77
5.2.1 遺傳算法的基本原理 77
5.2.2 基于遺傳算法的優(yōu)化羅經(jīng)對(duì)準(zhǔn)算法步驟 79
5.2.3 適應(yīng)值函數(shù)的建立 80
5.2.4 試驗(yàn)驗(yàn)證 81
5.3 時(shí)變參數(shù)羅經(jīng)對(duì)準(zhǔn)算法優(yōu)化 85
5.3.1 大航向失準(zhǔn)角羅經(jīng)效應(yīng)分析 85
5.3.2 優(yōu)化變參數(shù)羅經(jīng)對(duì)準(zhǔn)算法的提出 88
5.3.3 構(gòu)建適應(yīng)值函數(shù) 88
5.3.4 優(yōu)化變參數(shù)羅經(jīng)對(duì)準(zhǔn)算法初始對(duì)準(zhǔn)步驟 89
5.3.5 靜態(tài)試驗(yàn) 90
5.3.6 動(dòng)態(tài)試驗(yàn) 96
5.4 本章小結(jié) 99
第6章 重力測(cè)量平臺(tái)自主式姿態(tài)誤差抑制方法 101
6.1 純慣性狀態(tài)下傳統(tǒng)姿態(tài)誤差抑制算法 102
6.1.1 IMU導(dǎo)航解算誤差模型 102
6.1.2 基于阻尼網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)航誤差抑制算法 104
6.2 基于虛擬拓展更新周期的阻尼算法 105
6.3 仿真試驗(yàn) 111
6.3.1 靜態(tài)試驗(yàn) 112
6.3.2 動(dòng)態(tài)試驗(yàn) 113
6.4 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)試驗(yàn) 115
6.4.1 靜態(tài)試驗(yàn) 115
6.4.2 動(dòng)態(tài)試驗(yàn) 117
6.5 本章小結(jié) 121
參考文獻(xiàn) 123
第1章 緒論 1
1.1 概述 2
1.2 海洋/航空重力儀及穩(wěn)定平臺(tái)研究進(jìn)展 5
1.2.1 國(guó)外重力儀及穩(wěn)定平臺(tái)研究進(jìn)展 5
1.2.2 國(guó)內(nèi)重力儀及穩(wěn)定平臺(tái)研究進(jìn)展 9
1.3 自主式姿態(tài)確定方法研究進(jìn)展 11
1.4 本書(shū)的主要內(nèi)容 13
第2章 重力測(cè)量平臺(tái)及其姿態(tài)確定原理 17
2.1 重力測(cè)量平臺(tái)姿態(tài)確定問(wèn)題的由來(lái) 18
2.2 重力測(cè)量平臺(tái)設(shè)計(jì) 19
2.2.1 重力測(cè)量平臺(tái)基本原理與結(jié)構(gòu) 19
2.2.2 平臺(tái)姿態(tài)確定與IMU姿態(tài)確定的一致性 21
2.2.3 重力測(cè)量平臺(tái)姿態(tài)確定的特點(diǎn) 23
2.3 重力測(cè)量平臺(tái)姿態(tài)確定概念限定 25
2.4 重力測(cè)量平臺(tái)姿態(tài)確定理論基礎(chǔ) 25
2.4.1 常用坐標(biāo)系定義 25
2.4.2 捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)基本原理簡(jiǎn)述 26
2.4.3 捷聯(lián)慣導(dǎo)羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)原理簡(jiǎn)述 27
2.5 本章小結(jié) 29
第3章 重力測(cè)量平臺(tái)自主式粗對(duì)準(zhǔn)方法 31
3.1 優(yōu)化對(duì)準(zhǔn)的定義與原理分析 32
3.1.1 載體系速度觀測(cè)的優(yōu)化對(duì)準(zhǔn)方法 32
3.1.2 導(dǎo)航系速度觀測(cè)的優(yōu)化對(duì)準(zhǔn)方法 36
3.2 基于回溯羅經(jīng)水平對(duì)準(zhǔn)回路的速度降噪方法 37
3.2.1 羅經(jīng)水平對(duì)準(zhǔn)與速度降噪 37
3.2.2 回溯導(dǎo)航算法 41
3.2.3 載體系速度確定方法 43
3.3 基于羅經(jīng)速度降噪的自主式初始對(duì)準(zhǔn)算法 44
3.4 試驗(yàn)驗(yàn)證 47
3.5 本章小結(jié) 54
第4章 重力測(cè)量平臺(tái)自主式逆向?qū)?zhǔn)方法 57
4.1 逆向?qū)Ш脚c優(yōu)化對(duì)準(zhǔn) 58
4.2 基于逆向優(yōu)化解析的初始對(duì)準(zhǔn)算法 60
4.2.1 載體系下逆向優(yōu)化對(duì)準(zhǔn)算法推導(dǎo) 60
4.2.2 導(dǎo)航系下逆向優(yōu)化對(duì)準(zhǔn)算法推導(dǎo) 62
4.2.3 試驗(yàn)驗(yàn)證 63
4.3 基于逆向優(yōu)化解析的自主式初始對(duì)準(zhǔn)算法 66
4.3.1 基本思路 66
4.3.2 試驗(yàn)驗(yàn)證 68
4.4 基于滑動(dòng)優(yōu)化解析的姿態(tài)解算方法 69
4.5 本章小結(jié) 71
第5章 重力測(cè)量平臺(tái)自主式精對(duì)準(zhǔn)方法 73
5.1 羅經(jīng)初始對(duì)準(zhǔn)方法原理分析 74
5.1.1 羅經(jīng)回路主要參數(shù)分析 74
5.1.2 方位對(duì)準(zhǔn)回路的頻域分析 75
5.1.3 傳統(tǒng)羅經(jīng)對(duì)準(zhǔn)法中的參數(shù)優(yōu)化方法 76
5.2 定常參數(shù)羅經(jīng)對(duì)準(zhǔn)算法優(yōu)化 77
5.2.1 遺傳算法的基本原理 77
5.2.2 基于遺傳算法的優(yōu)化羅經(jīng)對(duì)準(zhǔn)算法步驟 79
5.2.3 適應(yīng)值函數(shù)的建立 80
5.2.4 試驗(yàn)驗(yàn)證 81
5.3 時(shí)變參數(shù)羅經(jīng)對(duì)準(zhǔn)算法優(yōu)化 85
5.3.1 大航向失準(zhǔn)角羅經(jīng)效應(yīng)分析 85
5.3.2 優(yōu)化變參數(shù)羅經(jīng)對(duì)準(zhǔn)算法的提出 88
5.3.3 構(gòu)建適應(yīng)值函數(shù) 88
5.3.4 優(yōu)化變參數(shù)羅經(jīng)對(duì)準(zhǔn)算法初始對(duì)準(zhǔn)步驟 89
5.3.5 靜態(tài)試驗(yàn) 90
5.3.6 動(dòng)態(tài)試驗(yàn) 96
5.4 本章小結(jié) 99
第6章 重力測(cè)量平臺(tái)自主式姿態(tài)誤差抑制方法 101
6.1 純慣性狀態(tài)下傳統(tǒng)姿態(tài)誤差抑制算法 102
6.1.1 IMU導(dǎo)航解算誤差模型 102
6.1.2 基于阻尼網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)航誤差抑制算法 104
6.2 基于虛擬拓展更新周期的阻尼算法 105
6.3 仿真試驗(yàn) 111
6.3.1 靜態(tài)試驗(yàn) 112
6.3.2 動(dòng)態(tài)試驗(yàn) 113
6.4 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)試驗(yàn) 115
6.4.1 靜態(tài)試驗(yàn) 115
6.4.2 動(dòng)態(tài)試驗(yàn) 117
6.5 本章小結(jié) 121
參考文獻(xiàn) 123
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重力測(cè)量平臺(tái)自主式姿態(tài)確定原理 節(jié)選
第1章緒論 1.1概述 地球重力場(chǎng)是地球*基本的物理場(chǎng)之一，它反映了地球固有的、本質(zhì)的和基礎(chǔ)的信息，也是直接、客觀和全面地了解地球的發(fā)展、運(yùn)動(dòng)和變化的關(guān)鍵[1-8]。地球重力場(chǎng)精確測(cè)量對(duì)人類社會(huì)發(fā)展、國(guó)家經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)都具有基礎(chǔ)性和戰(zhàn)略性意義，并為大地水準(zhǔn)面測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)、高精度慣性導(dǎo)航、重力匹配輔助導(dǎo)航、資源勘探等科學(xué)領(lǐng)域提供重要支撐[9-13]。目前，重力測(cè)量方法主要可以分為三類[14-16]：①陸地靜態(tài)重力測(cè)量；②海洋/航空重力測(cè)量；③衛(wèi)星重力測(cè)量。其中，陸地靜態(tài)重力測(cè)量精度*高，但是效率較低，在某些區(qū)域作業(yè)難度較大。衛(wèi)星重力測(cè)量技術(shù)的發(fā)展引領(lǐng)了重力測(cè)量方式的革命，它是一種覆蓋面*廣、效率*高的重力測(cè)量手段。近40年來(lái)，隨著測(cè)量衛(wèi)星數(shù)量的增多及測(cè)量數(shù)據(jù)的積累，衛(wèi)星重力測(cè)量的精度和分辨率也得到了不斷提高。但目前，衛(wèi)星重力測(cè)量只能測(cè)定重力場(chǎng)的中低頻分量，整體來(lái)看，其分辨率和精度較之海洋/航空重力測(cè)量而言還存在較大差距。海洋/航空重力測(cè)量是目前獲取高精度、高頻海洋重力場(chǎng)信息的主要途徑。相比較而言，以艦船或潛艇為載體的海洋重力測(cè)量精度較高，而航空重力測(cè)量的效率較高。 目前的海洋/航空重力儀可以分為平臺(tái)式和捷聯(lián)式兩種。平臺(tái)式重力儀主要由重力傳感器和陀螺穩(wěn)定平臺(tái)構(gòu)成[17-19]。陀螺穩(wěn)定平臺(tái)的功能主要是隔離載體角運(yùn)動(dòng)，使重力傳感器始終保持穩(wěn)定的垂直指向，也可稱之為重力測(cè)量平臺(tái)。比較典型的平臺(tái)式重力儀有美國(guó)Micro-g LaCoste公司生產(chǎn)的LaCoste & Romberg（L&R）系列重力儀和德國(guó)Bodensee Gravitymeter公司生產(chǎn)的KSS系列重力儀。捷聯(lián)式重力儀以高精度垂向加速度計(jì)、捷聯(lián)慣性組件及數(shù)據(jù)處理電路等為基本硬件架構(gòu)，并結(jié)合全球定位系統(tǒng)（global positioning system，GPS）/差分全球定位系統(tǒng)（differential global positioning system，DGPS ）提供的速度、位置信息，進(jìn)行重力解算[20-22]。比較典型的捷聯(lián)式重力儀有加拿大卡爾加里大學(xué)研制的LRF III型重力儀和我國(guó)國(guó)防科技大學(xué)研制的SGA-WZ型重力儀。平臺(tái)式重力儀的優(yōu)勢(shì)在于抗干擾能力較強(qiáng)、零偏穩(wěn)定性較好；捷聯(lián)式重力儀的優(yōu)勢(shì)在于動(dòng)態(tài)范圍較大、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。實(shí)際上，要實(shí)現(xiàn)高精度海洋/航空重力測(cè)量，就必須構(gòu)建與當(dāng)?shù)氐乩硭矫娓叨戎睾系姆(wěn)定平臺(tái)。對(duì)于平臺(tái)式重力測(cè)量系統(tǒng)而言，這個(gè)穩(wěn)定平臺(tái)是陀螺穩(wěn)定平臺(tái)；對(duì)于捷聯(lián)式重力測(cè)量系統(tǒng)而言，這個(gè)穩(wěn)定平臺(tái)是數(shù)學(xué)平臺(tái)。陀螺穩(wěn)定平臺(tái)或數(shù)學(xué)平臺(tái)相對(duì)于當(dāng)?shù)氐乩硭矫娴氖?zhǔn)角越小，對(duì)于重力測(cè)量精度的提升越有利。 目前的海洋/航空重力測(cè)量設(shè)備幾乎都需要全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（globle navigation satellite system，GNSS ）信號(hào)輔助，其中很重要的一個(gè)原因就是保證穩(wěn)定平臺(tái)的水平精度。相對(duì)而言，捷聯(lián)式重力測(cè)量系統(tǒng)對(duì)數(shù)學(xué)平臺(tái)的精度要求較高，利用傳統(tǒng)純慣性導(dǎo)航、基于自主測(cè)速設(shè)備的組合導(dǎo)航、單點(diǎn)GNSS組合導(dǎo)航等技術(shù)途徑難以滿足捷聯(lián)式重力測(cè)量系統(tǒng)高精度重力測(cè)量的需求，因此捷聯(lián)式重力測(cè)量系統(tǒng)通常需要差分GNSS信號(hào)輔助[12，16]。平臺(tái)式重力測(cè)量系統(tǒng)將穩(wěn)定平臺(tái)姿態(tài)控制與重力測(cè)量過(guò)程分離開(kāi)來(lái)。因?yàn)橹亓y(cè)量探頭采用了硅油阻尼、數(shù)字濾波等技術(shù)，本身是一個(gè)強(qiáng)阻尼系統(tǒng)，有一定的抗干擾能力[6，17，23]，所以對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)的姿態(tài)精度要求相對(duì)較低。通過(guò)單點(diǎn)GNSS信號(hào)輔助可以滿足測(cè)量需求。而在衛(wèi)星信號(hào)難以介入的水下環(huán)境或衛(wèi)星信號(hào)受到干擾或遮蔽的環(huán)境中，自主式重力測(cè)量不論是對(duì)平臺(tái)式重力測(cè)量系統(tǒng)還是捷聯(lián)式重力測(cè)量系統(tǒng)而言都是一個(gè)難題。這里對(duì)自主式重力測(cè)量做如下定義：自主式重力測(cè)量指的是不依賴第三方導(dǎo)航定位系統(tǒng)的導(dǎo)航信息，只利用重力測(cè)量系統(tǒng)的重力傳感器、穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)的慣性器件和自主工作的測(cè)速定位設(shè)備（如里程計(jì)、計(jì)程儀等）的量測(cè)信息，實(shí)現(xiàn)重力測(cè)量平臺(tái)對(duì)當(dāng)?shù)氐乩硭矫娴母呔雀S及重力測(cè)量系統(tǒng)的高精度重力測(cè)量。 重力測(cè)量平臺(tái)的姿態(tài)精度是制約平臺(tái)式重力儀量測(cè)精度的關(guān)鍵問(wèn)題之一。因此，對(duì)重力測(cè)量平臺(tái)自主式高精度姿態(tài)確定技術(shù)的研究是解決自主式重力測(cè)量問(wèn)題的關(guān)鍵。重力測(cè)量平臺(tái)處于不同的工作階段，姿態(tài)確定問(wèn)題的形式有一定差異。本書(shū)將重力測(cè)量平臺(tái)的初始對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題、姿態(tài)解算問(wèn)題及姿態(tài)誤差抑制問(wèn)題統(tǒng)稱為廣義姿態(tài)確定問(wèn)題（簡(jiǎn)稱姿態(tài)確定），后續(xù)將對(duì)上述概念的限定和內(nèi)涵作進(jìn)一步闡述。 傳統(tǒng)雙軸重力測(cè)量平臺(tái)通常采用兩個(gè)加速度計(jì)、兩個(gè)單自由度陀螺儀或一個(gè)雙自由度陀螺儀作為慣性測(cè)量元件，通過(guò)阻尼回路的方式使平臺(tái)趨近水平；三軸穩(wěn)定平臺(tái)通常以平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為硬件架構(gòu)，其姿態(tài)確定原理為GNSS/INS（inertial navigation system，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)）組合導(dǎo)航測(cè)姿。相對(duì)而言，基于慣性導(dǎo)航力學(xué)編排的三軸重力測(cè)量平臺(tái)姿態(tài)精度更高，受水平加速度的影響更小。 基于慣性導(dǎo)航力學(xué)編排的穩(wěn)定平臺(tái)的工作狀態(tài)可以分為啟動(dòng)階段和穩(wěn)定控制階段。啟動(dòng)階段主要進(jìn)行平臺(tái)的初始姿態(tài)確定，穩(wěn)定控制階段主要進(jìn)行平臺(tái)姿態(tài)的解算和對(duì)地理水平面的追蹤。因此，重力測(cè)量平臺(tái)的自主式姿態(tài)確定問(wèn)題可以從初始姿態(tài)確定和姿態(tài)誤差抑制兩個(gè)方面進(jìn)行分析。本書(shū)中，姿態(tài)誤差抑制指的是初始姿態(tài)確定過(guò)程結(jié)束之后，在平臺(tái)姿態(tài)解算過(guò)程中的誤差抑制。 在姿態(tài)誤差抑制技術(shù)方面，傳統(tǒng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中姿態(tài)誤差的抑制主要通過(guò)阻尼技術(shù)和組合導(dǎo)航來(lái)實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)阻尼網(wǎng)絡(luò)破壞了解算回路的加速度無(wú)干擾條件，在載體機(jī)動(dòng)狀態(tài)下使慣導(dǎo)解算產(chǎn)生誤差[24-37]。而消除振蕩誤差又需要引入阻尼網(wǎng)絡(luò)，這使得基于傳統(tǒng)阻尼網(wǎng)絡(luò)的姿態(tài)誤差抑制方法在機(jī)理上存在一定矛盾。目前這種技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中遇到了瓶頸，因此研究純慣性狀態(tài)下的高精度姿態(tài)確定機(jī)理具有重要意義。從組合導(dǎo)航的角度來(lái)看，目前應(yīng)用較為成熟的為GNSS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)[38-42]，慣性/計(jì)程儀或慣性/里程計(jì)組合在實(shí)際應(yīng)用中的精度和環(huán)境適應(yīng)度還不夠高，但是仍有較大的發(fā)展?jié)摿ΑＴ诔跏甲藨B(tài)確定階段，重力測(cè)量平臺(tái)系統(tǒng)主要根據(jù)陀螺儀加速度計(jì)的輸出，以及已知的地球自轉(zhuǎn)角速度信息和重力信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系的確定與跟蹤，其原理與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)的原理類似。從目前該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀來(lái)看，載體靜止時(shí)的初始姿態(tài)確定技術(shù)較為成熟，所能達(dá)到的精度也較高[43，44]；載體晃動(dòng)情況下的初始姿態(tài)確定問(wèn)題也得到了較為廣泛的研究，相關(guān)文獻(xiàn)提出了這類問(wèn)題的解決方案，并通過(guò)試驗(yàn)研究證明了方法的有效性[45，46]。然而在載體處于線運(yùn)動(dòng)、角運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)環(huán)境下，高精度初始姿態(tài)確定通常需要GNSS信號(hào)的輔助才能實(shí)現(xiàn)，非衛(wèi)星條件下的自主式初始姿態(tài)確定精度、可靠性、穩(wěn)定性還不夠高。重力測(cè)量系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中會(huì)處于不同的環(huán)境和狀態(tài)，這對(duì)載體運(yùn)動(dòng)情況下的平臺(tái)初始姿態(tài)確定性能提出了要求。因此，對(duì)重力測(cè)量系統(tǒng)自主工作狀態(tài)下的穩(wěn)定平臺(tái)高精度初始姿態(tài)確定方法的研究具有重要意義。 現(xiàn)有的穩(wěn)定平臺(tái)式重力測(cè)量系統(tǒng)，不論是雙軸穩(wěn)定平臺(tái)式重力儀還是三軸穩(wěn)定平臺(tái)式重力儀，其陀螺儀輸出將實(shí)時(shí)用于穩(wěn)定平臺(tái)的姿態(tài)控制，其算法靈活性受到制約，重力測(cè)量平臺(tái)自主式姿態(tài)精度提升潛力有限。因此，若要較好地解決自主式重力測(cè)量平臺(tái)的姿態(tài)確定問(wèn)題，則需要對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其能較好地滿足自主姿態(tài)確定的需求。慣性測(cè)量單元（inertial measurement unit，IMU）與穩(wěn)定平臺(tái)臺(tái)面固聯(lián)，并為控制系統(tǒng)提供平臺(tái)控制的姿態(tài)基準(zhǔn)及平臺(tái)旋轉(zhuǎn)角速度信息。因此，重力測(cè)量平臺(tái)的姿態(tài)誤差主要來(lái)自兩個(gè)方面：①IMU的姿態(tài)解算誤差；②控制系統(tǒng)的控制誤差。在當(dāng)前技術(shù)水平下，IMU的姿態(tài)解算誤差遠(yuǎn)大于控制系統(tǒng)的控制誤差。由此，重力測(cè)量平臺(tái)的姿態(tài)確定問(wèn)題與IMU的姿態(tài)確定問(wèn)題具有一致性，也就是說(shuō)，只要解決IMU自主式高精度姿態(tài)確定問(wèn)題，就可以為重力測(cè)量平臺(tái)控制系統(tǒng)提供高精度的姿態(tài)基準(zhǔn)信息，從而實(shí)現(xiàn)重力測(cè)量平臺(tái)的高精度姿態(tài)確定。IMU的姿態(tài)解算可以基于捷聯(lián)慣性導(dǎo)航（簡(jiǎn)稱捷聯(lián)慣導(dǎo)）系統(tǒng)或捷聯(lián)羅經(jīng)系統(tǒng)基本力學(xué)編排進(jìn)行。捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)或捷聯(lián)羅經(jīng)系統(tǒng)用數(shù)學(xué)平臺(tái)取代平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)或平臺(tái)羅經(jīng)系統(tǒng)的物理平臺(tái)，使陀螺儀和加速度信號(hào)可以不直接用于平臺(tái)姿態(tài)控制，因此算法靈活性得到了極大提升，也為從算法創(chuàng)新的角度解決重力測(cè)量平臺(tái)自主式姿態(tài)確定問(wèn)題提供了可能[18]。 本書(shū)主要介紹重力測(cè)量平臺(tái)自主式高精度姿態(tài)確定，因?yàn)橹亓y(cè)量平臺(tái)姿態(tài)確定問(wèn)題與IMU姿態(tài)確定問(wèn)題具有一致性，所以可以充分利用捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)或捷聯(lián)羅經(jīng)系統(tǒng)的基本力學(xué)編排，以及捷聯(lián)慣性測(cè)量單元算法靈活的優(yōu)勢(shì)。本書(shū)內(nèi)容包含初始姿態(tài)確定和姿態(tài)解算誤差抑制兩個(gè)方面，可以為自主式重力測(cè)量問(wèn)題提供理論支撐，同時(shí)也為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的自主式初始對(duì)準(zhǔn)和導(dǎo)航誤差抑制問(wèn)題提供參考和借鑒。 1.2海洋/航空重力儀及穩(wěn)定平臺(tái)研究進(jìn)展 1.2.1國(guó)外重力儀及穩(wěn)定平臺(tái)研究進(jìn)展 重力測(cè)量平臺(tái)實(shí)質(zhì)上是一種陀螺穩(wěn)定平臺(tái)。慣性技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)著重力測(cè)量平臺(tái)及重力測(cè)量技術(shù)的發(fā)展[47-52]。美國(guó)、俄羅斯（蘇聯(lián)）、德國(guó)及加拿大等國(guó)家在高精度重力測(cè)量領(lǐng)域已經(jīng)經(jīng)歷了近百年的發(fā)展，其重力測(cè)量及穩(wěn)定平臺(tái)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，有多種型號(hào)的重力儀得到應(yīng)用和商業(yè)化推廣[53-57]。 海洋/航空重力儀*典型的代表為美國(guó)Micro-g LaCoste公司生產(chǎn)的L&R （LaCoste & Romberg）系列重力儀[12，23]。Micro-g LaCoste公司（原名LaCoste & Romberg公司）是世界上*早研究和生產(chǎn)重力儀產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)。大約1955年，L&R重力儀就由潛艇搭載進(jìn)行海洋重力測(cè)量。1965年，Micro-g LaCoste公司生產(chǎn)了**套穩(wěn)定平臺(tái)式重力儀，1967年Lucien Lacoste撰文對(duì)該型重力儀進(jìn)行了詳細(xì)介紹。L&R海洋/航空重力儀在美國(guó)海軍科學(xué)研究所、加拿大地理信息學(xué)院、丹麥國(guó)家測(cè)量和地質(zhì)局、瑞士蘇黎世聯(lián)邦技術(shù)學(xué)院等多家單位得到應(yīng)用，并被全球很多機(jī)構(gòu)確定為重力測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。Micro-g LaCoste公司于2010年推出了新一代航空重力儀TAGS-6，2013年推出了新一代海洋重力儀MGS-6，如圖1.1所示。L&R海洋/航空重力儀穩(wěn)定平臺(tái)均為阻尼二軸平臺(tái)，其姿態(tài)控制通過(guò)陀螺信號(hào)、加速度信號(hào)及阻尼控制回路實(shí)現(xiàn)，姿態(tài)控制過(guò)程中需要GPS信號(hào)進(jìn)行修正，否則動(dòng)態(tài)情況下平臺(tái)水平精度難以保證。L&R重力儀穩(wěn)定平臺(tái)的設(shè)計(jì)指標(biāo)為1角分。L&R系列主要重力儀產(chǎn)品及其穩(wěn)定平臺(tái)的性能指標(biāo)如表1.1示。 圖1.1 L&R系列重力儀 表1.1 L&R系列重力儀及穩(wěn)定平臺(tái)性能指標(biāo)比較 美國(guó)另一個(gè)極具代表性的穩(wěn)定平臺(tái)式重力儀是Bell Aerospace Textron公司（簡(jiǎn)稱Bell公司）生產(chǎn)的BGM重力儀[15]。Bell公司從1935年開(kāi)始對(duì)海洋重力儀進(jìn)行研制，其重力測(cè)量產(chǎn)品主要有BGM-1、BGM-2和BGM-3。BGM-3（圖1.2）是其*新一代海洋重力儀，從2006年開(kāi)始進(jìn)行商業(yè)測(cè)試，在國(guó)外海洋重力測(cè)量領(lǐng)域深受好評(píng)，甚至被認(rèn)為是*好的海洋重力測(cè)量系統(tǒng)。表1.2列舉了BGM-3的主要性能指標(biāo)，其穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)的垂直度小于0.005 325°，這在重力測(cè)量平臺(tái)系統(tǒng)中處于世界先進(jìn)水平。當(dāng)然，這和平臺(tái)負(fù)載較小有一定關(guān)系。 圖1.2 BGM-3重力儀
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