平台慣性測量系統

平台慣性測量系統利用陀螺儀、加速度計等慣性敏感元件和電子計算機,實時測量運載體相對於地面運動的加速度,以確定運載體的位置和地球重力場參數的組合儀器。這種系統是在慣性導航系統的基礎上發展起來的,按所採用的導航坐標系統分為兩大類:當地水平慣性系統和空間穩定系統。一般多採用第一類的當地水平指北慣性系統。

基本介紹

  • 中文名:平台慣性測量系統
  • 外文名:inertial surveying system
  • 拼音::guanxing celiang xitong 
  • 作用:測定位置、姿態和重力場參數
慣性測量系統科技名詞定義,簡介,組成,基本原理,測量精度,測量方法,特點和發展趨勢,

慣性測量系統科技名詞定義

ISS 定義:由加速度計和陀螺平台等慣性器件組成的用於測定載體空間位置、姿態和重力場參數的系統。 所屬學科:測繪學(一級學科);測繪學總類(二級學科)
利用陀螺儀、加速度計等慣性敏感元件和電子計算機,實時測量運載體相對於地面運動的加速度,以確定運載體的位置和地球重力場參數的組合儀器。這種系統是在慣性導航系統的基礎上發展起來的,按所採用的導航坐標系統分為兩大類:當地水平慣性系統和空間穩定系統。一般多採用第一類的當地水平指北慣性系統。

簡介

拼音:guanxing celiang xitong  中文:慣性測量系統  英文:inertial surveying system

組成

整個系統安裝在運載體(汽車或直升飛機)上,主要包括慣性測量裝置(其核心為加速度計、陀螺儀和萬向支架)、電子計算機、控制顯示器、數據存儲記錄器和電源。
平台慣性測量系統

基本原理

以當地水平指北系統為例,在陀螺儀GE、GN、G和電子計算機控制下,慣性平台始終保持地平坐標系,安裝在平台上的3個互相正交的加速度計AE、AN、AZ,分別測出沿東西、南北和垂直方向的加速度分量ENZ,並輸入計算機。在消除加速度計誤差、重力加速度和由於地球自轉產生的科里奧利加速度影響後,得出運載體相對地平坐標系的位移加速度分量,再就t(從起始點到待測點的時間)進行兩次積分,並考慮初始速度值 0N、 0E、0Z,就可解算出相對前一起始點的坐標變化量,同相應起始點的經度λ0、緯度0和高程h0累加,就得到待定點的坐標λ、 和h。
電子計算機除了用觀測數據計算點位坐標外,還根據一次積分後的速度分量和已知地球參數(儀器所在點的地球子午圈和卯酉圈曲率半徑M和N,地球自轉角速度ω),連續計算控制慣性平台的力矩信號 W、W 和W,以便實時跟蹤所選定的地平坐標系。 垂直加速度計的輸出信號,實際是運載體垂直加速度與當地的重力加速度之和。當運載體停止時,它的垂直加速度為零,這時從中消除非重力加速度之後,就得到當地的重力加速度
運載體在運動過程中,由計算機通過陀螺儀控制慣性平台,不斷地按參考橢球面的曲率進動。由於加速度計誤差、陀螺儀漂移和垂線偏差變化等因素的影響,運載體到達待測點停止時,平台將不平行於當地水平面,兩個水平加速度計的輸出不等於零。消除加速度計誤差和陀螺儀漂移後,就得到相對於前一點的垂線偏差變化分量Δ 和Δη的輸出,加上前一點已知的垂線偏差分量0 和η0,便得出待測點的垂線偏差分量和η。
慣性平台的指北方位基準由方位感測器傳遞,經計算機可隨時顯示平台外殼光學鏡面法線的方位角Q,需要時可用自準直光學經緯儀引出。

測量精度

慣性測量的精度主要受加速度計和陀螺儀的影響, 70年代以來,加速度計的測量精度為 1×10(~1×10(伽;陀螺儀隨機漂移率約為10(~10(ω,它使測量誤差隨測量時間的延長而增加。因此,在行進過程中,採用運載體每隔相等時間停下來的方法,以提高測量精度。當運載體停止時,其運動加速度和速度應精確為零,利用這一信息,可以檢核和改正前段隨時間積累的誤差,這一操作稱為“零速更新”。在測量時,通常每隔3~5分鐘停20~30秒鐘,進行一次零速更新。由於慣性測量系統採用了這種獨特的方法,使定位精度比慣性導航系統高得多。70年代末,慣性測量系統能達到的精度是:平面位置中誤差為±0.5米,高程中誤差為±0.2米,重力加速度的中誤差為±2毫伽,垂線偏差的中誤差為±1.5″。如果用這種系統布設直伸導線,並構成導線網,進行平差後,精度還可以提高。與其他高精度測量方法比較,慣性測量系統的精度仍然偏低,目前只適用於在已知高級控制點之間進行加密。

測量方法

一般用慣性測量系統進行導線測量,首先在實驗室和野外檢定場檢測該系統是否正常,並標定有關參數。在測量導線開始時,慣性測量系統先停在已知起始點,完成初始對準,再一次檢測系統,建立平台地平坐標系,並輸入已知起始點坐標和當地重力場參數,然後開始導線測量。施測時,每隔相等時間進慣性測量系統  行“零速更新”,到達待測點停下來自動記錄坐標值和其他參數。如此繼續測量,直到閉合到已知終點。若有些待測點的位置不便靠近,可利用測距儀和經緯儀測量偏心值,並歸算到待測點上。

特點和發展趨勢

安裝在運載體上的慣性測量系統,不依賴外界的其他輔助設備,能快速而獨立地測量λ、、h、、、η和Q 等多種定位和地球重力場參數,使作業效率大大提高。該系統可以全天候工作,不受大氣折射的影響,不要求相鄰待測點之間通視,克服了傳統大地測量所受的自然條件的限制。因此,慣性測量系統為大地控制網的加密和快速定位開闢了新的途徑。80年代以來,在系統上加裝重力梯度儀,並配合衛星都卜勒定位,還可進一步提高測量精度和工作效率。慣性測量系統的缺點是儀器結構複雜,造價較高,維護工作繁重。但它仍是一種能滿足軍事測繪要求的全天候快速測量儀器。

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