风，是由空气流动引起的一种自然现象。生活中我们时常会忽略由它带来的影响，而在进行羽毛球等户外活动时，风和风向带来的影响则不容忽视。

　　高中阶段，相信大家都曾在地理课的课堂上学习过“地转偏向力”的相关知识，其最直观的表现为：对季风环流、气团运行、气旋（台风）与反气旋（冷空气）的运移路径、洋流与河流的运动方向以及其它许多自然现象有着明显的影响，例如，北半球河流多有冲刷右岸的倾向，高纬度地区河流上浮运的木材多向右岸集中；北半球南方吹向北方的风向东偏转，北方吹向南方的风向西偏转，南半球则相反。

　　事实上，不仅是自然界受影响影响，在地转偏向力的影响下，导弹也会偏离预定的方向。在一战期间，德军用他们引以自豪的射程为113千米的大炮轰击巴黎时，懊恼地发现炮弹总是向右偏离目标。直到那时为止，他们从没担心过地转偏向力的影响，因为他们从没有这样远距离的开火。

　　那么，要如何以科学的方式来认识地转偏向力呢？又要如何总结规律，甚至实现定量呢？这就涉及到了地转偏向力的另一个名字——科里奥利力（也叫科氏力，哥里奥利力）。

　　举一个简单的例子，假设在某一个圆盘有A、B两点，圆盘中心为O，且有OA>OB，在A点以相对于圆盘的速度V沿半径方向向B点扔出一小球，在圆盘静止的情况下，经过一段时间 后，小球会到达B点；但是如果圆盘绕轴以角速度ω逆时针旋转，那么小球不会到达B点，而是会到达B转动的前方一点B’。

　　这种变化是由转动参考系带来的，在圆盘旋转时，以A、B两点为例，小球离开A点时，不仅具有径向速度 V'，还有切向速度 V1，而在B点处，切向速度为V2 ，且这两点拥有不同的线速度（V1 > V2 ），因此在垂直于AB的方向上，球运动的比B点更远一些，这是导致偏移的根本原因。对于以圆盘为参考系的B，，小球不仅具有径向初速度 V' ，还在垂直于AB的方向上有向右的加速度 a'，为了对这一加速度进行解释，需要在运动方程中引入一个假想的惯性力，这就是科里奥利力（ a'也即科里奥利加速度）。

　　以转动系为参考系，小球由A到B’的时间为：

　　在时间内,球偏离AB的距离:

　　在很小的情况下，可以把BB’段的运动视为初速度为0的匀加速，即

　　两式联立可得。

　　因此，只要我们通过一定方式获得a'和V'的值，就能够计算得出角速度ω。

　　当一个物体做周期运动（振荡或旋转）时，在其正交平面内旋转物体，就会在与物体周期运动相垂直的方向上产生科里奥利力，也即在与物体周期运动相垂直的方向上也运动。因此在可以设置这样一个质量块，使之做频率振幅都可控的振荡，则可以计算出径向速度V'，再测量得出实际的加速度a'，就能够得出转速ω。

　　在三维姿态测量（偏摆角、俯仰角和滚转角）中，俯仰角和偏摆角，采用常规光电测量方法即可获取，有较为成熟的测量方法；但滚转角则一直是精密测量领域内的难点，在精密制造业、航空、航天、精确制导和武器装备等多个领域，都对此展开研究，并不断探索高精度的测量方法。利用科里奥利效应的陀螺仪，就是常用的滚转角测量部件。

　　陀螺仪主要分为两大类：（1）以经典力学为基础的陀螺仪；如机械式陀螺仪、振动式陀螺仪、基于MEMS加工工艺的微机械陀螺仪等；（2）以现代物理学为基础的光学陀螺仪，包括激光陀螺仪和光纤陀螺仪等。机械式陀螺仪主要用于平台式导航系统，体积一般较大，不适用于小型无人机的姿态测量和控制；光学陀螺仪精度高，但价格极高，只适合于军用。而MEMS陀螺仪因其体积小、造价低而广泛应用于多种场合。（下图为MEMS陀螺仪的结构示意图。）

　　不旋转时，内部结构框架随质量块高频振动，而外部结构框架不移动。旋转过程中，受科里奥利力的影响，垂直方向上也产生了运动，外部框架随之移动，因此引起了电容的变化，检测电容变化，即可获得加速度（如图示为MEMS陀螺仪的工作原理）。　

　　测量中，可将MEMS陀螺仪固接在载体上，获取输出并进行数据处理，通过求解姿态矩阵的微分方程，最终可以获得载体坐标系相对于地理坐标系的角速率信号。实际应用中，则常常将陀螺仪与加速度计结合起来，以获得更高的测量精度。

　　参考文献

　　[1]冯智勇, 曾瀚, 张力, et al. 基于陀螺仪及加速度计信号融合的 姿态角度测量[J]. 西南师范大学学报(自然科学版), 2011(04):143-147.

　　[2]张秋阳. 无人机姿态测算及其误差补偿研究[D]. 中南大学, 2011.

　　[3]韩艳. 制导炮弹飞行姿态的陀螺/磁阻传感器组合测量方法研究[D]. 南京理工大学, 2010.

　　[4]王可宁, 张雄星, 田建平. 双加计与MEMS速率陀螺仪融合的滚转角测量算法%A Rolling Angle Measurement Algorithm Based on Fusion of Two-Axis Accelerometer and MEMS Gyroscope[J]. 西安工业大学学报, 036(9):726-729,748.