捷联式光纤陀螺技术应用于工程结构形变测量的研究

摘要

该文针对工程结构形变测量方法中存在的问题,提出了一种基于捷联式光纤陀螺惯性测量系统的切实可行的连续测量方法.该测量方法利用捷联式光纤陀螺输出的角速度和加速度信息,测出运载体沿三个方向的加速度分量;再利用光纤陀螺输出的角速率信号,不断更新测量体的姿态转换矩阵,将加速度分量用转换矩阵更换到地理坐标系;最后经过计算机对转换后的加速度信号积分运算分别可得到运载体在三维空间中的位置.该方法只需预设测量轨道,基准点容易确定(以起点为基准),能多点连续精确测量,且可以对被测工程进行多次定期测量,基本满足工程测量的各项要求,是一种具有推广应用前景的测量方法.该文从该方法的原理、实验设计和分析探讨等方面详细阐述了用捷联式光纤陀螺惯性系统测量三维物体形变的新方法,提出了适用于工程测量的解算姿态矩阵方法,总结了减小测量误差的几个方面,根据工程实际对测量系统要求提出了改进意见,对实际的工程测量应用起到了积极的作用.该文所做的主要工作包括:(1)阐述了光纤陀螺以及捷联式惯性系统的基本原理,系统研究了捷联式惯性系统中姿态矩阵求解的常用算法,并提出了用于三维形变测量的新方法;(2)搭建了进行捷联式光纤陀螺的工程形变测量的实验平台,设计了实验方案,设计了光纤陀螺数据接收和信号处理的软件系统,并针对捷联式光纤陀螺应用于工程形变测量的准确度、重复性和如何减小误差等方面进行了一系列实验;(3)对实验数据进行了详细的分析和对比,提出了利用小波变换所具有的时频局部化优点对光纤陀螺信号漂移进行消噪处理,得到比较理想的滤波信号,对实际的工程测量应用起到了积极的作用;(4)针对捷联式惯性系统在工程测量中的应用特点,归纳了产生测量误差的主要原因及解决方法.