一种陀螺仪零偏估计方法
【专利摘要】本发明公开了一种陀螺仪零偏估计方法，包括以下步骤：S1、在对准阶段，采集i组陀螺仪X、Y、Z轴的测量值Xgi、Ygi、Zgi，以及对应的加速度计X、Y、Z轴的测量值Xai、Yai、Zai，并得到所述每组所述加速度计X、Y、Z轴的测量值的平方和Sai＝Xai2+Yai2+Zai2；S2、分别计算i组Xgi、Ygi、Zgi、Sai的平均值和方差，分别得到其平均值，方差；S3、每间隔预定频率，按照步骤S1中的采集方法，采集一次陀螺仪和加速度计的X、Y、Z轴当前数据并对应得到Xgk、Ygk、Zgk、Sak；S4、判定步骤S3中得到的Sak是否满足不等式：Avg_Sa*(1?Var_Sa)≤Sak≤Avg_Sa*(1+Var_Sa)，若是，则将Avg_Xg、Avg_Yg、Avg_Zg作为陀螺仪零偏估计值的初始值带入最小二乘估计器中，同时将Xgk、Ygk、Zgk、Sak带入所述最小二乘估计器中，得到更新的零偏估计值。
【专利说明】
一种陀螺仪零偏估计方法
技术领域
[0001]本发明涉及惯性导航系统技术领域，特别涉及一种陀螺仪零偏估计方法。
【背景技术】
[0002]随着工业化4.0、智能机器人、无人机等的发展，越来越多的应用领域需要用到惯性导航器件，为其提供惯性值的测量，如转动惯量、加速度值、姿态角信息等。目前主要是利用加速度计和陀螺仪原始数据进行粗对准，然后利用对准结果对IMU (I n er t i a Imeasurement unit惯性测量单元，其中包含陀螺仪和加速度计)进行调整(IMU固定在转台上，利用转台将MU进行旋转，旋转角度与对准结果的角度相反，这样就将MU调整到了地理坐标系，但是有一定的误差)，然后根据旋转方案对MU进行一系列翻转，翻转前已进入导航状态，由于翻转过程产生速度误差，利用最小二乘法将速度误差作为观测量，计算出需要标定的误差参数。然而现有的方案存在如下问题，其余旋转位置均利用第一次调整后的位置作为基准，这样每次调整都会使误差积累越来越大，因此，传统的陀螺仪零偏估计方法，只能在静态下进行，使得在动态中的应用系统无法得到准确的陀螺仪零偏估计值，进而得到带有较大误差的惯性测量值，传统的使计算出的误差参数的准确度严重下降，甚至无法正常工作。
【发明内容】
[0003]本发明在于克服现有技术的上述不足，提供一种能够减小误差、提高准确度的陀螺仪零偏估计方法。
[0004]为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是:
[0005]—种陀螺仪零偏估计方法，包括以下步骤:
[0006]S1、在对准阶段，采集i组陀螺仪X、Y、Z轴的测量值Xg1、Yg1、Zgi，以及对应的加速度计X、Y、Z轴的测量值Xa1、Ya1、Zai，并得到所述每组所述加速度计X、Y、Z轴的测量值的平方和Sai = Xai2+Yai2+Zai2，其中 i为正整数；
[0007]S2、分别计算i组Xg1、Yg1、Zg1、Sai的平均值和方差，分别得到其平均值表示为Avg_Xg、Avg_Yg、Avg_Zg、Avg_Sa，方差表示为 Var_Xg、Var_Yg、Var_Zg、Var_Sa ；
[0008]S3、每间隔预定频率，按照步骤SI中的采集方法，采集一次陀螺仪和加速度计的X、Y、Z轴当前数据并对应得到Xgk、Ygk、Zgk、Sak;
[0009 ] S4、判定步骤S3中得到的Sak是否满足不等式:
[0010] Avg_Sa*( l-Var_Sa) ^Sak^Avg_Sa*( l+Var_Sa)，
[0011 ]若是，则将AVg_Xg、Avg_Yg、Avg_Zg作为陀螺仪零偏估计值的初始值带入最小二乘估计器中，同时将Xgk、Ygk、Zgk、Sak带入所述最小二乘估计器中，得到更新的零偏估计值。
[0012]进一步地，若所述步骤S3中得到的Sak不满足不等式Avg_Sa*(l_Var_Sa)彡Sak彡Avg_Sa*(l+Var_Sa)，则判断下一组数据是否满足该等式。
[0013]进一步地，所述预定频率为200Hz-2000KHz。
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果
[0015]本发明的陀螺仪零偏估计方法通过对零偏估计值实时进行更新，使其根据当前陀螺仪的数据动态的进行改变，从而使陀螺仪能够长时间稳定的在较高精度下进行工作。
【附图说明】
[0016]图1所示是本发明的陀螺仪零偏估计方法流程框图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
【发明内容】
所实现的技术均属于本发明的范围。
[0018]实施例1:
[0019]图1所示是本发明的陀螺仪零偏估计方法流程框图，包括以下步骤:
[0020]S1、在对准阶段，采集i组陀螺仪X、Y、Z轴的测量值Xg1、Yg1、Zgi，以及对应的加速度计X、Y、Z轴的测量值Xa1、Ya1、Zai，并得到所述每组所述加速度计X、Y、Z轴的测量值的平方和Sai=XaiHi2，其中i为正整数；
[0021]S2、分别计算i组Xgl、Ygl、Zgl、Sal的平均值和方差，分别得到其平均值表示为Avg_Xg、Avg_Yg、Avg_Zg、Avg_Sa，方差表示为 Var_Xg、Var_Yg、Var_Zg、Var_Sa ；
[0022]S3、每间隔预定频率，按照步骤SI中的采集方法，采集一次陀螺仪和加速度计的X、Y、Z轴当前数据并对应得到Xgk、Ygk、Zgk、Sak ；
[0023]S4、判定步骤S3中得到的Sak是否满足不等式:
[0024]Avg_Sa*( l-Var_Sa) ^Sak^Avg_Sa*( l+Var_Sa)，
[0025]若是，则将AVg_Xg、Avg_Yg、Avg_Zg作为陀螺仪零偏估计值的初始值带入最小二乘估计器中，同时将Xgk、Ygk、Zgk、Sak带入所述最小二乘估计器中，得到更新的零偏估计值。
[0026]具体的，在对准阶段采集的数据组数由对准时间、处理器的处理能力或系统需要的精度而定，一般采集200-400组作为初始值计算，此外，在本发明计算中采用的最小二乘估计算法采用现有算法进行计算，在此不再赘述。
[0027]在一个【具体实施方式】中，若所述步骤S3中得到的Sak不满足不等式Avg_Sa*(1-Var_Sa X Sak < AVg_Sa* (I + Var_Sa)，则判断下一组数据是否满足该等式。
[0028]在一个【具体实施方式】中，所述预定频率为200Hz-2000KHz。
[0029]对于数据的采集频率，同样依据处理器的处理能力或系统需要的精度而定。
[0030]在本发明的一个【具体实施方式】中，惯导系统为基于MPU6050的系统，然而，当采用现有技术的零偏估计方法时，系统温度过高或过低，都会使惯导的精度严重降低，甚至当运行时间较长时，由于误差的叠加，使系统无法正常工作，而通过本发明技术方案，使得惯导能够在-40°C?65°C的温度范围内工作正常，同时也能保证在该温度范围内任意温度值下，测量精度始终保持在正常的范围内。
[0031]而通过对现有系统的测试后，发现当温度高于45°C或者低于10°C时，惯导的精度极具下降，整个系统已不能正常工作。
[0032]本发明的陀螺仪零偏估计方法通过对零偏估计值实时进行更新，使其根据当前陀螺仪的数据动态的进行改变，从而使陀螺仪能够长时间稳定的在较高精度下进行工作。
[0033]上面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。
【主权项】
1.一种陀螺仪零偏估计方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、在对准阶段，采集i组陀螺仪X、Y、Z轴的测量值Xg1、Yg1、Zgi，以及对应的加速度计X、Y、z轴的测量值Xa1、Ya1、Zai，并得到所述每组所述加速度计X、Y、Z轴的测量值的平方和Sai =Xai2+Yai2+Zai2，其中i为正整数； 52、分别计算i组Xg1、Yg1、Zg1、Sai的平均值和方差，分别得到其平均值表示为Avg_Xg、Avg_Yg、Avg_Zg、Avg_Sa，方差表示为 Var_Xg、Var_Yg、Var_Zg、Var_Sa ； 53、每间隔预定频率，按照步骤SI中的采集方法，采集一次陀螺仪和加速度计的X、Y、Z轴当前数据并对应得到Xgk、Ygk、Zgk、Sak ； 54、判定步骤S3中得到的Sak是否满足不等式:Avg_Sa*( l-Var_Sa) ^Sak^Avg_Sa*( l+Var_Sa)， 若是，则将Avg_Xg、Avg_Yg、Avg_Zg作为陀螺仪零偏估计值的初始值带入最小二乘估计器中，同时将Xgk、Ygk、Zgk、Sak带入所述最小二乘估计器中，得到更新的零偏估计值。2.根据权利要求1所述的陀螺仪零偏估计方法，其特征在于，若所述步骤S3中得到的Sak不满足不等式Avg_Sa*( l-Var_SaXSak<Avg_Sa*( l+Var_Sa)，则判断下一组数据是否满足该等式。3.根据权利要求1所述的陀螺仪零偏估计方法，其特征在于，所述预定频率为200Hz-2000KHz。
【文档编号】G01C25/00GK106092140SQ201610478593
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】陈靖云, 黄建林, 唐明
【申请人】成都希德电子信息技术有限公司