基于测试平台的惯性测量单元标定方法与流程

本发明涉及惯性测量领域，尤其是一种基于测试平台的惯性测量单元标定方法。

背景技术：

近年来随着MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems，微机电系统)技术的发展而产生的MEMS IMU(惯性测量单元)，MEMS IMU具有低成本、尺寸小、重量轻、功耗低、可靠性高等优点，其广泛应用于人们生活中的方方面面。越来越多的消费类产品如游戏、虚拟现实技术、导航等，同时使用多种不同类型的惯性测量单元，以满足用户们的应用需求。

但是，MEMS传感器性能(尤其是零偏和比例因子)随着使用环境(尤其是温度)的不同而变化，可以通过对惯性测量单元的标定来抑制环境对性能的影响，即通过标定来确定传感器的误差参数，并在IMU使用过程中进行补偿。传统的标定方法大多依赖专业的标定设备，且耗时较长。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于测试平台的惯性测量单元标定方法，提高惯性测量单元的标定效率。

为了实现上述目的，本发明的第一方面公开了一种基于测试平台的惯性测量单元标定方法，所述测试平台由壳体、工装夹具、转台、待测惯性测量单元和数据采集和控制系统组成，其中，所述待测惯性测量单元固定于壳体并安装在工装夹具上，将工装夹具安装在转台上，数据采集和控制系统安装在PC端，转台和所述待测惯性测量单元通过电器或无线数据传输设备连接到所述数据采集和控制系统，包括以下步骤：将所述待测惯性测量单元上电进入标定程序；分别按照6个姿态改变所述壳体在所述工装夹具上的位置，控制转台以不同速度旋转，采集所述待测惯性测量单元的输出数据；根据所述输出数据建立标定模型，计算获得惯性测量单元的误差参数写进测量程序完成标定。

根据本发明的基于测试平台的惯性测量单元标定方法，具有标定流程操作简单、标定效率高和精度大大提高的优点，具有很强的适应性和可扩展性。

另外，根据本发明上述的基于测试平台的惯性测量单元标定方法还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述待测惯性测量单元是模拟式惯性待测单元或者数字式惯性测量单元，其中，所述待测惯性测量单元通过板上的单片机或其他处理单元读出所述待测惯性测量单元的状态及测量数据。

进一步地，还包括：采集所述待测惯性测量单元的输出数据，并向所述转台发送命令以控制转台转向与转速。

进一步地，还包括：所述待测惯性测量单元上电后自检，将所述待测惯性测量单元输出的状态信息显示在所述数据采集和控制系统上，如果所述状态信息异常则停止程序运行，如无异常则在所述数据采集和控制系统上给出指令，进入标定程序。

进一步地，所述工装夹具为六面体工装夹具，分别按照6个姿态改变壳体在工装夹具上的安装位置，以工装坐标系OXYZ为基准正交翻转；

进一步地，对6个不同姿态进行角速度测试时，通过所述数据采集和控制系统控制转台分别以±10°/s、±30°/s、±60°/s、±90°/s、±150°/s、±210°/s、±270°/s、±300°/s、±360°/s共18个速率档进行测试采样，每个转速采集2分钟数据，完成6个姿态的数据采集。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的基于测试平台的惯性测量单元标定方法的流程图；

图2是根据本发明一个实施例的测试平台中的工装夹具和壳体示意图；

图3是根据本发明一个实施例的测试平台的示意图；以及

图4是根据本发明一个实施例的待测惯性测量单元的6个不同姿态的示意图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

以下结合附图描述根据本发明实施例的基于测试平台的惯性测量单元标定方法。

在介绍标定方法之前，首先描述测试平台，如图3所示，测试平台10由壳体11、工装夹具12、转台13、待测惯性测量单元14和数据采集和控制系统15组成，其中，待测惯性测量单元14固定于壳体11并安装在工装夹具12上，将工装夹具12安装在转台13上，数据采集和控制系统15安装在PC端，搭载待测惯性测量单元14的最小系统板和转台13通过电器或无线数据传输设备连接到安装在PC机端的数据采集和控制系统15，至此完成测试平台的搭建。其中，待测惯性测量单元14可以为多种类型的惯性测量单元，并且在安装过程中可以集中到一个最小的系统板上。

结合图2所示，左图为工装夹具12，右图为壳体11。搭建测试平台10时，将包含多种类型的惯性测量单元14的最小系统板安装于壳体11，壳体11通过外壳法兰固定在工装夹具12上，保证待测惯性测量单元14的系统板与六面体工装坐标系重合，工装夹具12通过法兰安装到转台13平面上，转台13置于水平稳定的测量平台之上。

图1是根据本发明一个实施例的基于测试平台的惯性测量单元标定方法的流程图。

如图1所示，根据本发明一个实施例的基于测试平台的惯性测量单元标定方法，包括以下步骤：

S110：将待测惯性测量单元上电进入标定程序。

其中，待测惯性测量单元是模拟式惯性待测单元或者数字式惯性测量单元，待测惯性测量单元通过板上的单片机或其他处理单元读出待测惯性测量单元的状态及测量数据，可同时标定模拟和数字式惯性测量单元。

进一步地，待测惯性测量单元上电后自检，将待测惯性测量单元输出的状态信息显示在数据采集和控制系统上，如果状态信息异常则停止程序运行，如无异常则在数据采集和控制系统上给出指令，进入标定程序。

S120：分别按照6个姿态改变壳体在工装夹具上的位置，控制转台以不同速度旋转，采集待测惯性测量单元的输出数据。

工装夹具为六面体工装夹具，分别按照6个姿态改变壳体在工装夹具上的安装位置，以工装坐标系OXYZ为基准正交翻转。进一步地，还包括：采集待测惯性测量单元的输出数据，并向转台发送命令以控制转台转向与转速。对6个不同姿态进行角速度测试时，通过数据采集和控制系统控制转台分别以±10°/s、±30°/s、±60°/s、±90°/s、±150°/s、±210°/s、±270°/s、±300°/s、±360°/s共18个速率档进行测试采样，每个转速采集2分钟数据，完成6个姿态的数据采集。

具体来说，进入标定模式后，待测惯性测量单元的最小系统板分别按照6个姿态改变壳体在工装夹具上的安装位置，以工装坐标系OXYZ为基准正交翻转，保证待测惯性测量单元与六面体工装坐标系重合且有一个轴垂直于转台台面，如图4所示，a和b图中，以x轴垂直于转台台面，并且x轴由垂直向上翻转到垂直向下，即以x轴的两个姿态，c和d图中，以y轴垂直于转台台面，并且y轴由垂直向上翻转到垂直向下，即以y轴的两个姿态，e和f图中，以z轴垂直于转台台面，并且z轴由垂直向上翻转到垂直向下，即以z轴的两个姿态。待测惯性测量单元处于6个不同姿态进行角速度测试时，通过数据采集和控制系统控制转台分别以±10°/s、±30°/s、±60°/s、±90°/s、±150°/s、±210°/s、±270°/s、±300°/s、±360°/s共18个速率档进行测试采样，每个转速采集2分钟数据，完成6个姿态的数据采集。数据采集完成后，进入数据处理模式。

S130：根据输出数据建立标定模型，计算获得惯性测量单元的误差参数写进测量程序完成标定。

在本发明的一个实施例中，进行标定后可以计算出多个误差参数，自动将计算后的参数写进测量程序，标定完成后的惯性测量单元，无需进行其他程序更改，即可进行惯性测量。

值得注意的是，可同时标定模拟和数字式惯性测量单元，使标定流程操作简单、标定效率和精度大大提高，具有很强的适应性和可扩展性。

根据本发明实施例的基于测试平台的惯性测量单元标定方法，具有标定流程操作简单、标定效率高和精度大大提高的优点，具有很强的适应性和可扩展性。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。