一种惯性器件的精度测量标定方法

文档序号:9595634阅读:283来源:国知局
一种惯性器件的精度测量标定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及惯性器件的标定技术,尤其涉及的是一种惯性器件的精度测量标定方法。
【背景技术】
[0002]用作导航的MEMS惯性测量单元(Inertial measurement unit,简称IMU)在使用之前都需要进行标定,其中陀螺仪角速度的标定采用高速转台,分别对陀螺仪三个正交旋转轴(X轴、y轴、z轴)进行测量标定。如果转台选用单轴转台,必须分别测量三次才能做完标定。
[0003]其次,用于导航的陀螺仪主要是配合姿态解算模块,将角速度转换为角度姿态输出使用。因此,对角度的标定也是十分必要的。当选用单轴转台时,需要分别标定三个旋转轴的角度(滚转角、俯仰角、偏航角)。
[0004]在标定滚转角时,需要将陀螺仪垂直放置,此时俯仰角为90°。由于姿态解算时万向节死锁的影响,陀螺仪在这种情况下会导致姿态解算发散,无法获得正确角度姿态。为了避免俯仰角90°,可以制作合适的卡具,将陀螺仪俯仰角固定在某个数值进行测量。但是这样又会引入卡具的尺寸误差,且卡具的制作、放置都比较繁琐。
[0005]因此,现有技术存在缺陷,需要改进。

【发明内容】

[0006]本发明所要解决的技术问题是:提供一种使用单周转台一次完成陀螺仪的标定,保证角度标定过程中姿态解算不发散,获得正确结果的惯性器件的精度测量标定方法。
[0007]本发明的技术方案如下:一种惯性器件的精度测量标定方法,包括如下步骤:步骤S1:开始;步骤S2:配置陀螺仪内部旋转轴:将X轴、y轴分别绕z轴旋转一定角度Θ,旋转后,使X轴、y轴和z轴分别两两正交;步骤S3:记录并标定z轴的角速度和偏航角:陀螺仪搭配姿态解算模块,水平固定在转台上,以给定角速度旋转转台,记录并标定陀螺仪的角速度输出;转台转过给定角度,记录并标定姿态解算模块的偏航角输出;步骤S4:记录X轴、y轴的角速度、滚转角、俯仰角:陀螺仪搭配姿态解算模块,竖直固定在转台上,以给定角速度旋转转台,记录陀螺仪的角速度输出;转台转过给定角度,分别记录姿态解算模块的滚转角和俯仰角输出;步骤S5:标定X轴、y轴角速度及滚转角、俯仰角:将步骤S4的转台角速度按照陀螺仪内部旋转轴进行向量分解,并与对应陀螺仪X轴、y轴角速度输出进行对比分析,标定陀螺仪两个旋转轴的角速度输出;陀螺仪竖直放置时,X轴、y轴真实的滚转角固定在90°、俯仰角固定在Θ不变,将X轴、y轴真实的滚转角、俯仰角与姿态解算模块的滚转角、俯仰角输出做对比分析,标定陀螺仪的滚转角和俯仰角输出;步骤S6:标定结束。
[0008]采用上述方案,本发明通过在陀螺仪标定前配置陀螺仪内部旋转轴,利用坐标变换及向量分解等方法对实验数据进行处理,得到最终的标定的结果。同时,使用陀螺仪搭配姿态解算模块,一起对角度姿态进行标定,且避免了万向节死锁的情况,保证角度标定过程中姿态解算不发散,获得正确结果。
【附图说明】
[0009]图1为本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0010]以下结合附图和具体实施例,对本发明进行详细说明。
[0011]本实施例提供了一种惯性器件的精度测量标定方法,其主要用于导航惯性测量单元中陀螺仪的精度测量标定,其中,如图1所示,精度测量标定方法包括如下步骤:首先步骤S1:开始,然后,步骤S2:配置陀螺仪内部旋转轴,其中,旋转轴指的是陀螺仪内部的X轴、Y轴和Z轴,陀螺仪内部旋转轴默认配置为,正前方为X轴,正侧方为I轴,正下方为Z轴。具体为,将陀螺仪内部的旋转轴,即X轴、y轴分别绕Z轴旋转一定角度Θ,旋转后,使X轴、y轴和Z轴分别保持两两正交。当转过Θ角度后,z轴方向不变,X轴、y轴分别与陀螺仪正前方、正侧方夹角呈Θ。这样配置不会影响陀螺仪角速度的正确输出。
[0012]配置好旋转轴之后,执行步骤S3:记录并标定z轴的角速度和偏航角,具体地,陀螺仪搭配姿态解算模块,水平固定在转台上,以给定角速度旋转转台,其中,给定角和给定角速度可以根据实际需要的导航参数设定,此处不做任何限定,在旋转转台的过程中,记录并标定陀螺仪的角速度输出;并且,在转台转过给定角度时,记录并标定姿态解算模块的偏航角输出。
[0013]然后,执行步骤步骤S4:记录X轴、y轴的角速度、滚转角、俯仰角,其中,陀螺仪搭配姿态解算模块,竖直固定在转台上,以给定角速度旋转转台,记录陀螺仪的角速度输出;转台转过给定角度,分别记录姿态解算模块的滚转角和俯仰角输出。
[0014]完成记录X轴、y轴的角速度、滚转角、俯仰角后,执行步骤S5:标定x轴、y轴角速度及滚转角、俯仰角,将步骤S4的转台角速度按照陀螺仪内部旋转轴进行向量分解,并与对应陀螺仪X轴、y轴角速度输出进行对比分析,标定陀螺仪两个旋转轴的角速度输出,即标定陀螺仪的X轴、y轴的角速度输出;陀螺仪竖直放置时,步骤S2中陀螺仪内部旋转轴的配置,陀螺仪内部X轴、y轴和z轴之间的配置,无论转台如何旋转,X轴、y轴真实的滚转角固定在90°、俯仰角固定在Θ不变,将X轴、y轴真实的滚转角、俯仰角与姿态解算模块的滚转角、俯仰角输出做对比分析,标定陀螺仪的滚转角和俯仰角输出,即标定X轴、y轴的滚转角和俯仰角输出。
[0015]最后,步骤S6:标定结束。
[0016]如此,在单轴转台的标定条件下,本实施例方法可以将陀螺仪X轴、y轴的标定合二为一,减少标定次数,简化实验过程。同时,本实施例方法完成了陀螺仪搭配姿态解算模块对角度的标定,巧妙地通过配置陀螺仪内部旋转轴的方式,避免了俯仰角为90°时引起的姿态解算发散,有效地完成了角度的标定。
[0017]以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种惯性器件的精度测量标定方法,其特征在于,包括如下步骤: 步骤S1:开始; 步骤S2:配置陀螺仪内部旋转轴:将X轴、y轴分别绕Z轴旋转一定角度Θ,旋转后,使X轴、y轴和z轴分别两两正交; 步骤S3:记录并标定z轴的角速度和偏航角:陀螺仪搭配姿态解算模块,水平固定在转台上,以给定角速度旋转转台,记录并标定陀螺仪的角速度输出;转台转过给定角度,记录并标定姿态解算模块的偏航角输出; 步骤S4:记录X轴、y轴的角速度、滚转角、俯仰角:陀螺仪搭配姿态解算模块,竖直固定在转台上,以给定角速度旋转转台,记录陀螺仪的角速度输出;转台转过给定角度,分别记录姿态解算模块的滚转角和俯仰角输出; 步骤S5:标定X轴、y轴角速度及滚转角、俯仰角:将步骤S4的转台角速度按照陀螺仪内部旋转轴进行向量分解,并与对应陀螺仪X轴、y轴角速度输出进行对比分析,标定陀螺仪两个旋转轴的角速度输出;陀螺仪竖直放置时,X轴、y轴真实的滚转角固定在90°、俯仰角固定在θ不变,将X轴、y轴真实的滚转角、俯仰角与姿态解算模块的滚转角、俯仰角输出做对比分析,标定陀螺仪的滚转角和俯仰角输出; 步骤S6:标定结束。
【专利摘要】本发明公开了一种惯性器件的精度测量标定方法,包括如下步骤:步骤S1:开始;步骤S2:配置陀螺仪内部旋转轴;步骤S3:记录并标定z轴的角速度和偏航角;步骤S4:记录x轴、y轴的角速度、滚转角、俯仰角;步骤S5:标定x轴、y轴角速度及滚转角、俯仰角;步骤S6:标定结束。本发明通过在陀螺仪标定前配置陀螺仪内部旋转轴,利用坐标变换及向量分解等方法对实验数据进行处理,得到最终的标定的结果。同时,使用陀螺仪搭配姿态解算模块,一起对角度姿态进行标定,且避免了万向节死锁的情况,保证角度标定过程中姿态解算不发散,获得正确结果。
【IPC分类】G01C25/00
【公开号】CN105352530
【申请号】CN201510886454
【发明人】敬劼, 余正宁, 支晓栋
【申请人】深圳飞马机器人科技有限公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年12月7日
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