专利名称：一种无需转台的航姿参考系统中加速度计高精度标定方法
技术领域：
本发明涉及一种无需转台的航姿参考系统中加速度计的误差系数的高精度标定方法，当然也可以对单独的加速度计进行分别标定，也可用于IMU中加速度计的标定。
背景技术：
航姿参考系统(AttitudeHeading Reference System, AHRS)包括一系列的三个轴向的传感器(加速度计、陀螺仪和磁力计)，可以提供飞行器的航姿即姿态角和航偏角信息。AHRS用来取代传统的机械陀螺飞行仪表，并提供卓越的可靠性和准确性。AHRS还包含一个在线处理系统，该系统接收来自三个轴向上的传感器输出信息，通过一系列的计算、滤波等处理，最终输出飞行器的姿态角和航偏角。各个传感器的误差对AHRS最终输出角度的精度有很大的影响，因此，AHRS在使用之前必须对每个传感器的各项误差系数项进行标定，并在处理过程中进行相应的补偿。同时，用户在经过一段时间的使用之后，一般传感器的误差系数项也会改变，为了让其恢复初始使用时的精度，对其进行再次标定就变得很必要。而目前关于加速度计的标定方法，为了达到一定的精度，都需要精密转台的辅助，而且操作过程也过于复杂，而本发明解决了这一问题，既不需要精密转台的辅助，操作也很简单，并且能达到很高的精度。
发明内容
(一 )要解决的技术问题有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种无需转台的航姿参考系统中加速度计的高精度标定方法，以解决没有转台而又需要精确标定加速度计的问题。( 二 )技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种无需转台的航姿参考系统中加速度计高精度标定方法，包括步骤I :将航姿参考系统(AHRS)放在水平桌面上，使AHRS的X轴垂直桌面向上，Y轴和Z轴处于水平桌面内；步骤2 :采集AHRS静止过程中三个轴向上加速度计的输出电压，并对采集的每个加速度计的输出电压求平均；步骤3 :将AHRS的X轴垂直桌面向下，Y轴和Z轴处于水平桌面内，重复步骤2 ；步骤4 :将AHRS的Y轴垂直桌面向上，X轴和Z轴处于水平桌面内，重复步骤2 ；步骤5 :将AHRS的Y轴垂直桌面向下，X轴和Z轴处于水平桌面内，重复步骤2 ；步骤6 :将AHRS的Z轴垂直桌面向上，X轴和Y轴处于水平桌面内，重复步骤2 ；步骤7 :将AHRS的Z轴垂直桌面向下，X轴和Y轴处于水平桌面内，重复步骤2 ；步骤8 :利用6个位置上的6组数据，根据加速度计的误差模型，采用误差模型系数计算公式计算出加速度计误差模型的各项系数；
步骤9 :在三维空间中任意选取6个互不相同并且也与上述6个位置不同的位置，在每个位置静止一定时间，对采集的每个加速度计的输出电压求平均；
步骤10 :将步骤8中求出的模型误差系数作为加速度计精确标定模型中相应系数的初始值，然后利用牛顿迭代算法以及上述12个位置的12组电压值迭代出各个系数的精确值。上述方案中，步骤2中所述采集AHRS静止过程中三个轴向上加速度计的输出电压，所需时间为3-5分钟。上述方案中，步骤8中所述加速度计的误差模型为Ax = Bx+SxVx+Exy Vy+ExzVzAy = By+EyxVx+SyVy+EyzVzAz = Bz+Ezx Vx+Ezy Vy+SzVz其中，_分别是相应轴向的加速度，_分别是对应轴向加速度计的零偏，_分别是相应轴向加速度计的标度因数，_分别是加速度计的安装误差，_分别是对应轴向的输出的电压的均值，其中i = X、y或z, j = X、y或z,且i关j。上述方案中，步骤9中所述在三维空间中任意选取6个互不相同并且也与上述6个位置不同的位置，该选取的位置为=AHRS的XY平面、YZ平面、XZ平面分别与水平面成45° >135°角时的6个位置。所述在每个位置静止一定时间,该一定时间为3-5分钟。上述方案中，步骤10中所述加速度计的精确标定模型模型为= A2x +A2y +42 = (Bx+SxVx +ExyVy +ExzVz)2+(By +EyxVx+SyVy +EyzVz)2+(Βζ+Εζχνχ+Ε^+8ζνζ)2其中，g是当地的重力加速度，Ai分别是相应轴向的加速度，Bi分别是对应轴向加速度计的零偏,Si分别是相应轴向加速度计的标度因数，Eu分别是加速度计的安装误差,Vi分别是对应轴向的输出的电压的均值，其中i = x、y或z, j = x、y或z,且i古j。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果I、本发明提供了一种无需转台的航姿参考系统中加速度计高精度标定方法，由于不需要转台的支持，所以标定条件大大降低，只需要普通桌面即可完成加速度计的标定。2、本发明提供了一种无需转台的航姿参考系统中加速度计高精度标定方法，由于采用了高精度标定模型，所以标定精度与一般方法相比大大提高。3、本发明提供了一种无需转台的航姿参考系统中加速度计高精度标定方法，由于采用的模型适用面比较广，所以在航姿参考系统、GPS/INS组合导航系统以及其他需要应用加速度计的系统中都可以使用本发明完成加速度计的标定。
图I为依照本发明实施例的加速度计标定的第I至第6个位置。图2为依照本发明实施例的加速度计标定的第7至12个位置的其中一种选择方案。图3为依照本发明实施例的无需转台的航姿参考系统中加速度计高精度标定方法的流程图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。本发明的原理是当AHRS的静止并且X轴向上的过程中，加速度计的误差方程如下g = Bx+SxVxl+ExyVyl+ExzVzlO = By+EyxVxl+SyVyl+EyzVzlO = Bz+EzxVxl+EzyVyl+SzVzl式中的下标“I”表示第I个位置，即X轴垂直桌面向上。对于第2 6个位置(X轴向下、Y轴向上、Y轴向下、Z轴向上以及Z轴向下5个位置)，根据上述方法，每个位置可建立3个方程，这样对于每个加速度计来说，一共有四个未知的模型参数，但是有6个方程，因此可以利用最小二乘法解出系数项，求解方程如下
权利要求
1.一种无需转台的航姿参考系统中加速度计高精度标定方法，其特征在于，包括 步骤I:将航姿参考系统放在水平桌面上，使航姿参考系统的X轴垂直桌面向上，Y轴和Z轴处于水平桌面内； 步骤2 :采集航姿参考系统静止过程中三个轴向上加速度计的输出电压，并对采集的每个加速度计的输出电压求平均； 步骤3 :将航姿参考系统的X轴垂直桌面向下，Y轴和Z轴处于水平桌面内，重复步骤2 ； 步骤4 :将航姿参考系统的Y轴垂直桌面向上，X轴和Z轴处于水平桌面内，重复步骤2 ； 步骤5 :将航姿参考系统的Y轴垂直桌面向下，X轴和Z轴处于水平桌面内，重复步骤2 ； 步骤6 :将航姿参考系统的Z轴垂直桌面向上，X轴和Y轴处于水平桌面内，重复步骤2 ； 步骤7 :将航姿参考系统的Z轴垂直桌面向下，X轴和Y轴处于水平桌面内，重复步骤2 ； 步骤8 :利用6个位置上的6组数据，根据加速度计的误差模型，采用误差模型系数计算公式计算出加速度计误差模型的各项系数； 步骤9 :在三维空间中任意选取6个互不相同并且也与上述6个位置不同的位置，在每个位置静止一定时间，对采集的每个加速度计的输出电压求平均； 步骤10 :将步骤8中求出的模型误差系数作为加速度计精确标定模型中相应系数的初始值，然后利用牛顿迭代算法以及上述12个位置的12组电压值迭代出各个系数的精确值。
2.根据权利要求I所述的无需转台的航姿参考系统中加速度计高精度标定方法，其特征在于，步骤2中所述采集航姿参考系统静止过程中三个轴向上加速度计的输出电压，所需时间为3-5分钟。
3.根据权利要求I所述的无需转台的航姿参考系统中加速度计高精度标定方法，其特征在于，步骤8中所述加速度计的误差模型为K = Bx+SxVx+ExyVy+ExzVzA = B +E V +S V +E V 11YljY j^yx * X wy * y j^yz * zK = Bz+EzxVx+EzyVy+SzVz 其中，Ai分别是相应轴向的加速度，Bi分别是对应轴向加速度计的零偏，Si分别是相应轴向加速度计的标度因数，Eij分别是加速度计的安装误差，Vi分别是对应轴向的输出的电压的均值，其中i = X、y或z, j = X、y或z,且i关j。
4.根据权利要求I所述的无需转台的航姿参考系统中加速度计高精度标定方法，其特征在于，步骤9中所述在三维空间中任意选取6个互不相同并且也与上述6个位置不同的位置，该选取的位置为 航姿参考系统的XY平面、YZ平面、XZ平面分别与水平面成45°、135°角时的6个位置。
5.根据权利要求I所述的无需转台的航姿参考系统中加速度计高精度标定方法，其特征在于，步骤9中所述在每个位置静止一定时间，该一定时间为3-5分钟。
6.根据权利要求I所述的无需转台的航姿参考系统中加速度计高精度标定方法，其特征在于，步骤10中所述加速度计的精确标定模型模型为= 42 + Λ2 + 42 = (Bx + SxVx + ExyVy + ExzVzY + (By + EyxVx + SyVy + EyzVz)2 + (Βζ+Εζχνχ+Ε^+8ζνζ)2 其中，g是当地的重力加速度，Ai分别是相应轴向的加速度，Bi分别是对应轴向加速度计的零偏，Si分别是相应轴向加速度计的标度因数，Eu分别是加速度计的安装误差，Vi分别是对应轴向的输出的电压的均值，其中i = x、y或z, j = x、y或z,且i古j。
全文摘要
本发明公开了一种无需转台的航姿参考系统中加速度计的高精度标定方法，给出了在没有转台仅借助于水平桌面的情况下，AHRS中的传感器加速度计的高精度标定方法。本发明只需要一个水平的桌面，无需其他设备辅助，即可完成加速度计零偏、标度因数、安装误差等系数的标定。本发明最大的优点是不需要转台的辅助，并且精度高操作简单，在不影响航姿参考系统精度的情况下，大大地提高了标定的效率。
文档编号G01P21/00GK102636665SQ20121012638
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月26日 优先权日2012年4月26日
发明者孙金海, 李金海, 阎跃鹏, 陈剑 申请人:中国科学院微电子研究所