重力测量平台快速高精度姿态确定技术研究

•.In order to improve the measurement precision of gravity, the horizontal precision of the platform need to be very high, during the development process of the gravity measurement platform. High precision of inertial navigation system is an important tool to measure the change of the platform attitude. Considering the complex working environment of the gravity stabilized platform, rapid and high precision horizontal attitude determine technology on moving base become the key technology in the development process of gravity measurement platform. Inertial system alignment method backtracking alignment method earn widespread respect for their speed, strong anti-jamming, high precision. And they are suitable for the characteristics of moving base. In order to fulfill the high horizontal precision of the measurement platform, this project will analyze the stringency of the backtracking alignment method, the reasonable back number and the best way to choose the points, based on the principle of the inertial system alignment method and the backtracking alignment method. This project will discuss the accuracy limits of these two alignment methods and the possible errors and find the better way to improve the attitude precision, further give full play to the advantages of these two algorithm and give better horizontal attitude benchmarks to the gravity measurement platform.

•.为了提高对重力的测量精度，在重力测量平台研制过程中对平台水平精度要求相当苛刻，高精度的惯导系统一直以来都是重力测量平台姿态传感器的首选，考虑到测量平台复杂的工作环境，动基座条件下的快速高精度水平姿态确定技术成为重力测量平台的关键技术，惯性系对准方法和回溯法对准方法以其速度快、抗干扰性强、精度高以及适用于动基座等特点得到广泛关注。本项目拟从惯性系对准和回溯法对准原理出发，针对测量平台对水平精度的高要求，分析回溯过程的严格性及合理的回溯次数，以及惯性系优化对准的最优取点方式，探讨两种对准方法的精度极限及可能存在的误差产生机制，寻找进一步提高水平姿态精度的改进措施，充分发挥两种算法的优势，为重力测量平台提供更精确的水平姿态基准。

地球重力场精确测量对于人类社会发展，国家经济和国防建设都具有战略性意义，为了进一步提高重力测量精度，从重力稳定平台系统出发，为动基座海洋/航空重力测量提供稳定可靠的高精度重力测量环境。课题组按照项目书的计划，对基于速度积分的优化对准方法和回溯法都有了更进一步的认识和理解，课题组主要工作整理如下：1、为了研究水下重力测量问题，研究了计程仪提供载体系下速度辅助的基础上展开对姿态的估计；2、针对计程仪速度噪声大的问题提出基于回溯罗经水平对准的速度降噪方法；3、针对罗经水平对准速度并没有有效地运用到IMU自主式的初始对准或姿态解算过程中分析了原因，并提出了改进方法；4、针对姿态更新过程直接通过陀螺输出进行更新将引入器件噪声，提出载体系下逆向优化解析直接对准算法；5、为了进一步提高姿态确定精度，提出了对于矢量重力仪来讲，重力稳定框架的关键是稳定，而不是水平这一思路，让重力测量框架追踪地球坐标系的指向，这里对“东-北-天”坐标系的不稳定性进行了详细分析；6、以地球坐标系为导航坐标系，研究高精度姿态估计方法。7、受地球坐标系下姿态估计方法的有效性启发，提出一种将导航定位问题转化为姿态估计问题。姿态和速度通过惯性器件的一次积分获得，姿态误差和速度误差还可作为状态量在卡尔曼滤波中被估计后进行补偿，精度较高，位置是通过惯性器件的二次积分获得，二次积分的误差积累成指数增长，积分次数越多，误差发散越快。并且在导航误差模型中无法直接将位置误差作为状态量进行估计，因此可以进行双模姿态对准后直接求得目标位置的经纬度。研究成果中与优化算法和回溯相关内容发表论文10篇。为了总体上提高姿态测量精度，提高重力仪对重力的测量精度，还对误差矫正技术、光纤陀螺温度建模与补偿方法、姿态控制精度评定方法、遗传算法、粒子群算法在对准中的应用、平台控制策略、阻尼方法等环节展开研究，发表论文6篇。