一种用于MIMU陀螺仪非线性度自动标定的系统与方法与流程

本发明属于微惯性测量单元的标定、测试技术领域，特别涉及了一种用于mimu陀螺仪非线性度自动标定的系统与方法。

背景技术：

现有mimu（微型惯性测量单元miniatureinertialmeasurementunit）的非线性度标定方法为将器件安装在转台上，通过转台提供不同转速分别实现三个轴向陀螺仪的非线性度标定。在标定过程中，多器件不同轴向的同时标定、惯性器件安装位置的不同、mimu安装位置与角度误差等因素造成标定精度降低，标定过程与数据处理非常烦琐，并且会引入人为因素误差。

技术实现要素：

本发明的目的：

本专利提出了一种新的基于轴向自动识别和误差自动标定的mimu陀螺仪非线性度自动标定的系统与方法，它利用计算机对数据采集、电源、单轴转台和三轴转台程控实现标定过程自动化，利用正负向小转速点数据实现识别敏感轴向和安装误差标定，本专利实现的方法简单，标定精度高，标定过程无人化。

实现本发明目的技术解决方案为：

一种用于mimu陀螺仪非线性度自动标定的系统，其特征是，包括：

转台，用于承载一个或多个mimu按预定角速度进行转动；

数据采集单元，用于采集安装在转台上的mimu的陀螺仪或者加速度计和陀螺仪的正向、负向各5º/s、10º/s转速时的输出数据；

计算机，用于对数据采集单元采集的数据进行计算，通过对采集的数据进行拟合确定敏感轴数据所在列、陀螺仪实测标度因数，从实际输入角速度数组中选择最大输入角速度为最小的输入角速度数组，作为非线性度标定输入角速度数组，根据非线性度标定输入角速度数组进行陀螺仪非线性度标定，使转台按照非线性度标定输入角速度数组进行旋转并进行角速度数据采集记录，根据敏感轴数据以及实际输入角速度数组对mimu中的该安装轴向的陀螺仪进行线性拟合，完成各mimu的该安装轴向的陀螺仪的非线性度标定。

所述转台为单轴转台或三轴转台。

由于每个mimu中包含x、y、z三个轴向相互垂直的加速度计和陀螺仪，标定陀螺仪时依次对三个轴向标定，一个轴向即一个陀螺仪使用多个角速度进行标定；一个轴向标定结束后进行另外两个轴向即两个陀螺仪依次标定。

一种用于mimu陀螺仪非线性度自动标定的方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一：使承载着一个或多个mimu的转台以±5º/s、±10º/s的速度各持续转动30秒，以txt的格式按列存储记录mimu中的陀螺仪和加速度计转动状态下输出的采样数据，

采样数据包含x、y、z三个轴向的陀螺仪和加速度计输出的共六列数据；x轴陀螺仪、y轴陀螺仪、z轴陀螺仪、x轴加计、y轴加计、z轴加计；采样数据的采样频率为400hz，即平均0.0025秒采集一组数据，每组数据以一行的方式进行存储；

步骤四：对采样数据对应列分别求平均值并进行线性拟合，拟合式中的一次项与已知标度因数在预设范围内，并且线性拟合得到的非线性度小于已设定的范围以内的为敏感轴数据所在列；

步骤五：根据步骤四拟合得到的拟合式一次项为mimu中的陀螺仪实测标度因数，根据陀螺仪实测标度因数与已知标度因数的比例对预定的输入角速度数组进行放大或缩小处理；

步骤六：对多个mimu的采样数据分别进行步骤四和步骤五处理，得到与mimu的陀螺仪数量相等的处理后的实际输入角速度数组，选择该实际输入角速度数组中最大输入角速度为最小的输入角速度数组，作为非线性度标定输入角速度数组，根据每个mimu在步骤五中得到的比例关系记录每个mimu的实际输入角速度数组；

步骤七：使用步骤六中得到的非线性度标定输入角速度数组进行陀螺仪非线性度标定，转台按照非线性度标定输入角速度数组进行旋转并进行角速度数据采集记录，根据步骤四中得到的各个mimu的敏感轴数据以及步骤六中的实际输入角速度数组对每个mimu中的陀螺仪进行线性拟合，完成各mimu中的一个轴向陀螺仪的非线性度标定；

步骤八：更换各mimu的陀螺仪轴向，重复步骤二至步骤七实现各mimu的另外两个轴向的陀螺仪非线性度标定。

多个mimu的陀螺仪在标定时，可以同时对各mimu中的同一轴向的陀螺仪（如x轴陀螺仪）进行标定，一个轴向标定结束后再标定其他轴向的陀螺仪（如y轴陀螺仪和z轴陀螺仪；也可以同时对各mimu中的不同轴向的陀螺仪（如对其中一个mimu中的x轴陀螺仪和另一个mimu中的y轴陀螺仪）进行标定，该轴向标定后再对各mimu中的陀螺仪进行更换轴向，实现各mimu中的另外两个轴向陀螺仪的标定。

步骤四中，拟合式中的一次项与已知标度因数的预设范围为一次项与已知标度因数的差值小于已知标度因数的8%～15%。

步骤四中，非线性度已设定的范围为陀螺仪非线性度的5倍以内。

所述转台为单轴转台或三轴转台。

对于单轴转台，采用重新拆卸安装的方式更换各mimu陀螺仪轴向。

对于三轴转台，采用对内框或中框旋转90º的方式更换各mimu陀螺仪轴向。

本发明的优点为：

（1）本专利提出的一种用于mimu陀螺仪非线性度自动标定的系统，功能完善，兼容基于单轴转台和三轴转台的陀螺仪非线性度标定，从输入量设定到数据处理全过程自动化。

（2）本专利提出的一种用于mimu陀螺仪非线性度自动标定的方法易于实现，标定精度高，可以实现轴向自动识别以及补偿安装误差带来的影响。

附图说明

图1是用于mimu陀螺仪非线性度自动标定的系统；

图2是mimu陀螺仪非线性度自动标定流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的用于mimu陀螺仪非线性度自动标定的系统，包括数据采集、电源、单轴转台和三轴转台，其中单轴转台适用于大量程mimu陀螺仪标定，三轴转台适用于小量程mimu陀螺仪标定。本系统利用数据采集装置采集正向、负向各两个小转速点数据识别陀螺仪轴向与安装角度误差；利用计算机对数据采集、电源、单轴转台和三轴转台程控实现标定过程自动化。

系统标定流程控制采用系统方案加载方式，通过更改系统方案可用于基于单轴转台和三轴转台的陀螺仪非线性度标定。

如图2所示，用于mimu陀螺仪非线性度自动标定的方法，具体步骤如下：

步骤一：将多个mimu通过工装安装在转台台面上，将电源和转台上电；

步骤二：打开并运行标定系统软件，加载标定方案文件，对电源、mimu器件和转台进行通信测试，程控电源打开使器件上电预热1分钟；

步骤三：根据标定方案文件，转台以±5º/s、±10º/s转动30秒，记录多个mimu输出数据，以单个mimu为例，记录的数据包含三个陀螺仪、三个加计等信息，文件名称为5、n5、10和n10；

步骤四：对以上四个文件中的数据对应列分别求平均并进行线性拟合，拟合的一次项与已知标度因数相近（差值小于已知标度因数10%）并且非线性度小于已设定的范围（陀螺仪非线性度5倍）以内的为敏感轴数据所在列；

步骤五：根据步骤四拟合得到的一次项为陀螺仪实测标度因数，根据陀螺仪实测标度因数与已知标度因数的比例进行输入角速度数组的放大或缩小，同时比例关系也表征了综合安装误差；

步骤六：对多个mimu数据进行步骤四和步骤五处理，可得到与器件数量相等的角速度输入数组，选择数组中最大输入角速度最小的为非线性度标定角速度输入数组，根据每个器件在步骤五中得到的比例关系记录每个器件的实际输入角速度数组；

步骤七：使用步骤六中得到的非线性度标定角速度数组进行陀螺仪非线性度标定，转台按照角速度数组进行旋转并进行数据采集记录，根据步骤四中得到的各个mimu的敏感轴以及步骤六中的实际输入角速度数组对每个器件进行线性拟合，完成mimu一个轴向陀螺仪的非线性度标定；

步骤八：更换陀螺仪轴向（单轴转台需重新拆卸安装，三轴转台内框或中框旋转90º即可实现陀螺仪轴向更换），重复步骤二至步骤七实现mimu另外两个轴向陀螺仪的非线性度标定。

本专利提出的系统与方法，实现了标定过程自动化，避免了人为操作带来的误差，提高了标定精度与工作效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。