《矢量重力測量慣性感測器誤差的估計與補償方法研究》是依託中國科學院精密測量科學與技術創新研究院，由柴華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：矢量重力測量慣性感測器誤差的估計與補償方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：柴華
- 依託單位：中國科學院精密測量科學與技術創新研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
矢量重力測量中一個重要的觀測量是比力，它是由捷聯式慣性測量系統中的加速度計和陀螺的觀測給出的。由於加速度存在零偏，陀螺存在漂移，比力觀測將受誤差影響。因此對比力觀測量的誤差進行估計與修正，是矢量重力測量中數據處理中的一個關鍵技術難點。本項目針對這一難點，將採用GNSS/SINS卡爾曼濾波數據融合技術，研究如何利用GNSS觀測，對影響比力測量精度的慣性感測器的誤差進行估計與補償。內容包括慣性感測器的誤差分析，矢量重力測量比力誤差的估計與修正方法等，並對方法進行試驗驗證。該項目的研究對提高矢量重力測量的精度具有一定意義。
結題摘要
隨著捷聯式慣性技術的發展與GNSS全球導航定位系統的成熟，出現了基於捷聯式慣性測量系統與差分GNSS組合的重力測量技術。這種技術不需要穩定平台，體積較小且能適應動態觀測，不僅能服務於航空重力測量領域，更有可能改變當前地面重力測量逐點式的靜態作業方式，開展車載地面動態重力測量來填補陸地動態重力測量的技術空白。基於GNSS/SINS的動態重力測量技術中的重要觀測量，是由捷聯式慣性測量系統中的加速度計和陀螺的觀測給出的比力觀測。由於加速度存在零偏，陀螺存在漂移，比力觀測將受誤差影響。本研究針對由慣性感測器引起的比力誤差開展了分析，在確定其誤差來源、量級與其對重力測量影響的基礎上，研究了慣性測量系統比力觀測誤差的估計與補償技術，旨在減小慣性感測器誤差的影響，提高重力測量的精度。 在項目的研究中，我們建立了卡爾曼濾波數據融合進行比力誤差估計的數學模型，通過觀測性進行分析，我們認為於加速度計的水平零偏、載體的姿態誤差的相互耦合，故無法直接利用GNSS/SINS組合卡爾曼濾波器來對加速度計的零偏、陀螺漂移以及載體的姿態誤差分別進行估計；但是垂向加速度計的零偏、失準角與水平加速度計零偏的耦合誤差狀態和在卡爾曼濾波器中是可觀測量，可利用GNSS/SINS的數據融合直接將比力觀測誤估計出來，而它們恰好構成了SINS觀測中的比力誤差狀態。 我們分別對基於加速度更新的卡爾曼濾波矢量重力測量誤差估計方法、基於位置更新的卡爾曼濾波矢量重力測量誤差估計方法、基於於位置速度更新的波估計方法開展了模擬測試，結果表明加速度更新的卡爾曼濾波矢量重力測量誤差估計方法較為實用。 為開展基於GNSS/SINS組合的重力測量試驗，我們建立並改進了車載重力測量平台。通過試驗我們認識到：高精度慣性測量系統中的加速度計的漂移是獲得穩定的比力觀測量的關鍵因素，當前石英撓性加速度計的溫度穩定性的不佳，除了本研究採用的基於GNSS方法的誤差估計技術外，在硬體上提供溫度補償，是保證高精度慣性測量系統的觀測穩定性不可或缺的重要步驟。通過處理GNSS/SINS重力測量數據，我們成功地從SINS/GNSS組合系統的動態觀測量中恢復出了擾動重力，並在1.5Km的解析度上實現了2.0 mGal的擾動重力觀測精度。
