一种参数误差的标定方法、装置及存储介质与流程

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种参数误差的标定方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

随着科技的不断发展，惯性导航技术被广泛应用于导航及定位领域中，成为了导航及定位领域中不可缺少的组成部分。

惯性导航(inertialnavigation)是通过测量目标物体(例如，车辆)的加速度信息，并自动进行积分运算，获得目标物体瞬时速度和瞬时位置的技术，从而达到对目标物体导航定位的目的；惯性导航装置或设备通常安装在目标物体内部，工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，是一种自主式导航系统。

惯性导航装置或设备存在着多种误差，现有技术中只有对安装误差的标定，缺少对刻度因数误差以及零位误差因数的有效标定，极大的影响了测量精度，尤其是获取到了误差较大的原始数据后，再通过积分运算，获得的数据信息常常造成严重失真。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种参数误差的标定方法、装置、设备及存储介质，以实现对惯性测量单元中测量器件的参数误差的标定。

第一方面，本发明实施例提供了一种参数误差的标定方法，包括：

获取惯性测量单元中至少一个测量器件的输出信息；

获取辅助校正模块的输出信息，以及气压高度计的输出信息；所述辅助校正模块包括gps测量模块和/或里程计；

根据所述惯性测量单元中至少一个测量器件的输出信息、所述辅助校正模块的输出信息以及所述气压高度计的输出信息，对所述惯性测量单元中所述测量器件的至少一个参数误差进行标定。

第二方面，本发明实施例提供了一种参数误差的标定装置，包括：

输出信息获取模块，用于获取惯性测量单元中至少一个测量器件的输出信息；

辅助信息获取模块，用于获取辅助校正模块的输出信息，以及气压高度计的输出信息；所述辅助校正模块包括gps测量模块和/或里程计；

参数误差标定模块，用于根据所述惯性测量单元中至少一个测量器件的输出信息、所述辅助校正模块的输出信息以及所述气压高度计的输出信息，对所述惯性测量单元中所述测量器件的至少一个参数误差进行标定。

第三方面，本发明实施例还提供了一种设备，所述设备包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明任意实施例所述的参数误差的标定方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明任意实施例所述的参数误差的标定方法。

本发明实施例提供的技术方案，通过获取惯性测量单元中至少一个测量器的输出信息，以及辅助校正模块和气压高度计的输出信息，并利用遗传算法对测量器件的参数进行优化和迭代计算，获取到最优的标定参数，同时预判了参数的变化趋势，对未来一段时间的参数进行预判，进而起到了增加参数误差重调和标定时间的作用，提高了惯性测量单元的测量精度。

附图说明

图1a是本发明实施例一提供的一种参数误差的标定方法的流程图；

图1b是本发明实施例一提供的参数误差的标定方法中坐标系的结构图；

图1c是本发明实施例一提供的一种参数误差的标定方法的流程图；

图1d是本发明实施例一提供的一种参数误差的标定方法的流程图；

图1e是本发明实施例一提供的一种参数误差的标定方法的流程图；

图1f是本发明实施例一提供的一种参数误差的标定方法的流程图；

图2是本发明实施例二提供的一种参数误差的标定装置的结构框图；

图3是本发明实施例三提供的一种设备的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1a为本发明实施例一提供的一种参数误差的标定方法的流程图，本实施例可适用于对惯性导航装置或设备中测量器件的参数误差进行标定的情况，该方法可以由本发明任意实施例中的参数误差的标定装置来执行，该装置可以通过软件和/或硬件实现，并一般可以集成在惯性导航装置或设备上，该方法具体包括如下步骤：

s110、获取惯性测量单元中至少一个测量器件的输出信息。

惯性测量单元(inertialmeasurementunit，imu)是测量物体在三维空间中的角速度和加速度的装置，安装于需要进行运动控制的装置或设备中，例如，汽车和机器人，在本发明实施例中，对安装有惯性测量单元的装置或设备的类型不作具体限定。

可选的，在本发明实施例中，惯性测量单元可以包括三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺仪。具体的，获取惯性测量单元中至少一个测量器件的输出信息，包括：获取惯性测量单元中陀螺仪输出的角速度信息和加速度计输出的加速度信息；其中，所述陀螺仪输出的角速度信息包括水平陀螺仪输出的水平角速度信息、前向陀螺仪输出的前向角速度信息和天向陀螺仪输出的天向角速度信息；所述加速度计输出的加速度信息包括水平加速度计输出的水平加速度信息、前向加速度计输出的前向加速度信息和天向加速度计输出的天向加速度信息。如图1b所示，水平即x轴方向，指向被测装置或设备的侧面方向；前向即y轴方向，指向被测装置或设备的运动方向；天向即z轴方向，垂直于被测装置或设备平面并竖直向上。

可选的，在本发明实施例中，惯性测量单元还可以包括一个三轴加速度计和一个三轴陀螺仪。三轴加速度计，用于获取水平、前向和天向方向的加速度信息；三轴陀螺仪，用于获取水平、前向和天向方向的角速度信息。

s120、获取辅助校正模块的输出信息，以及气压高度计的输出信息；所述辅助校正模块包括gps测量模块和/或里程计。

可选的，在本发明实施例中，所述获取辅助校正模块的输出信息，以及气压高度计的输出信息，包括：获取辅助校正模块输出的东向速度信息和北向速度信息，以及气压高度计输出的高度信息。

gps(globalpositioningsystem，全球定位系统)测量模块是集成了rf射频芯片、基带芯片、核心cpu以及相关电路的一个集成电路，用于将接收的卫星信号转换为可识别的位置信息；gps测量模块的输出信息包括经度信息、纬度信息、东向速度信息和北向速度信息。里程计是测量被测物体(例如，上述汽车及机器人)行程的装置，根据里程计的行程记录，可以获取到被测物体的速度信息，包括东向速度信息和北向速度信息；气压高度计是利用气压与高度的关系，通过观测气压获取被测物体的高度信息。

特别的，为了保证数据采集的准确性，gps测量模块和里程计的采样频率大于或等于1赫兹；气压高度计的采样频率大于或等于10赫兹；同时，为了保证数据采集的同步性，辅助校正模块、气压高度计和惯性测量单元具有统一的时间基准。

s130、根据所述惯性测量单元中至少一个测量器件的输出信息、所述辅助校正模块的输出信息以及所述气压高度计的输出信息，对所述惯性测量单元中所述测量器件的至少一个参数误差进行标定。

惯性测量单元安装于被测物体(例如，车辆)后，通常通过被测物体的简单移动(即慢速运动)进行惯性导航参数的标定；由于在简单移动中运动速度和加速度均较低，因此影响惯性测量单元平面方向(即水平方向和前向方向)移动的测量精度误差主要是水平陀螺仪的零位误差、前向陀螺仪的零位误差、天向陀螺仪的零位误差、水平加速度计的零位误差和前向加速度计的零位误差；而影响惯性测量单元空间方向(即天向方向)移动的测量精度误差主要是天向加速度计的刻度因数误差；而陀螺仪和加速度计的安装误差为物理性的误差，在安装完成并根据现有技术进行标定后，较长的时间内(例如，5年)不会再变化，在本发明实施例中作为已知参数，因此，在本发明实施例中，惯性测量单元需要标定的参数包括上述水平陀螺仪的零位误差、前向陀螺仪的零位误差、天向陀螺仪的零位误差、水平加速度计的零位误差、前向加速度计的零位误差以及天向加速度计的刻度因数误差。

如图1c所示，可选的，在本发明实施例中，所述根据所述惯性测量单元中至少一个测量器件的输出信息、所述辅助校正模块的输出信息以及所述气压高度计的输出信息，对所述惯性测量单元中所述测量器件的至少一个参数误差进行标定，具体包括：根据所述惯性测量单元中陀螺仪输出的角速度信息和加速度计输出的加速度信息，获取所述惯性测量单元的速度信息、位置信息、目标零位误差和天向加速度计的刻度因数误差；所述速度信息包括水平速度信息、前向速度信息和天向速度信息；所述位置信息包括水平位置信息、前向位置信息和天向位置信息；所述目标零位误差包括水平陀螺仪的零位误差、前向陀螺仪的零位误差、天向陀螺仪的零位误差、水平加速度计的零位误差和前向加速度计的零位误差。

具体的，根据所述惯性测量单元中陀螺仪输出的角速度信息和加速度计输出的加速度信息，利用惯性导航机械编排算法，获取所述惯性测量单元的速度信息和位置信息。惯性导航机械编排算法，是将惯性测量装置获取的加速度信息和角速度信息，经过坐标变换等运算得到速度信息和位置信息。在本发明实施例中，惯性测量装置为惯性测量单元，惯性导航机械编排算法为捷联惯性导航机械编排算法。

具体的，根据所述惯性测量单元中加速度计输出的加速度信息，利用捷联惯性导航系统的误差模型中的速度误差方程，获取所述惯性测量单元中水平加速度计的零位误差、前向加速度计的零位误差和天向加速度计的刻度因数误差；根据所述惯性测量单元中陀螺仪输出的角速度信息，利用捷联惯性导航系统的误差模型中的姿态误差方程，获取所述惯性测量单元中水平陀螺仪的零位误差、前向陀螺仪的零位误差和天向陀螺仪的零位误差。

可选的，在本发明实施例中，在根据所述惯性测量单元中陀螺仪输出的角速度信息和加速度计输出的加速度信息，获取所述惯性测量单元的速度信息、位置信息、目标零位误差和天向加速度计的刻度因数误差之后，包括：通过遗传算法，对所述目标零位误差和所述天向加速度计的刻度因数误差进行标定。

遗传算法(geneticalgorithm)是借鉴生物界的进化规律(即适者生存，优胜劣汰遗传机制)和遗传学机理的生物进化过程的计算模型，是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法。遗传算法是从代表问题可能潜在的解集的目标种群(population)开始，在本发明实施例中，通过遗传算法对目标种群的筛选，计算后自动剔除产生变异的数据，并且不断进行优化和迭代计算，得出最优的标定参数，同时可以对惯性测量单元进行诊断，判断出参数变化的趋势，对未来一段时间的参数进行预判，从而起到了增加重调和标定时间的作用。

可选的，所述通过遗传算法，对所述目标零位误差和所述天向加速度计的刻度因数误差进行标定，包括：通过遗传算法，根据所述惯性测量单元的位置信息和所述气压高度计的高度信息，对所述天向加速度计的刻度因数误差进行迭代处理，以实现对所述天向加速度计的刻度因数误差的标定；通过遗传算法，根据所述惯性测量单元的速度信息，以及所述辅助校正模块输出的东向速度信息和北向速度信息，对所述目标零位误差进行迭代处理，以实现对所述目标零位误差的标定。

具体的，遗传算法中的迭代函数分为二个部分，如图1d所示，对于空间方向(即天向方向)，将气压高度计输出的高度信息与惯性测量单元的天向位置信息的差值作为观测的代价函数，需要估计的目标种群为天向加速度计的刻度因数，迭代步长为小于或等于0.1ppm，迭代长度为标定的结果值±100ppm；其中，1ppm＝0.001‰；如图1e所示，对于平面方向(即水平方向和前向方向)，先将辅助矫正模块输出的东向速度信息与惯性测量单元的水平速度信息的差值进行平方运算，再将辅助矫正模块输出的北向速度信息与惯性测量单元的前向平速度信息的差值进行平方运算，最终将上述两种运算的求和结果作为观测的代价函数，需要估计的目标种群为水平陀螺仪的零位、前向陀螺仪的零位、天向陀螺仪的零位、水平加速度计的零位和前向加速度计的零位；水平加速度计的零位和前向加速度计的零位的迭代步长均为小于或等于0.1μg(1μg＝10^-6g)，水平陀螺仪的零位、前向陀螺仪的零位和天向陀螺仪的零位的迭代步长均为小于或等于0.0001°/h(每小时0.0001度)；水平加速度计的零位和前向加速度计的零位的迭代长度均为标定的结果值±100μg；水平陀螺仪的零位、前向陀螺仪的零位和天向陀螺仪的零位的迭代长度均为标定的结果值±0.1°/h。特别的，若辅助校正模块包括gps测量模块和里程计，则可以将gps测量模块和里程计分别输出的速度信息进行平均值运算，将运算结果作为辅助校正模块输出的速度信息，即将gps测量模块输出的东向速度信息与里程计输出的东向速度信息之和再除以2的计算结果作为辅助矫正模块输出的东向速度信息，同样，将测量模块输出的北向速度信息与里程计输出的北向速度信息之和再除以2的计算结果作为辅助矫正模块输出的北向速度信息。

可选的，若所述辅助校正模块包括gps测量模块；则所述通过遗传算法，对所述目标零位误差和所述天向加速度计的刻度因数误差进行标定，包括：通过遗传算法，根据所述惯性测量单元的位置信息，以及所述辅助校正模块输出的经度信息和纬度信息，对所述目标零位误差进行迭代处理，以实现对所述目标零位误差的标定。

如图1f所示，具体的，若所述辅助校正模块包括gps测量模块，对于平面方向(即水平方向和前向方向)的迭代函数，先将辅助矫正模块输出的经度信息与惯性测量单元的水平位置信息的差值进行平方运算，在将辅助矫正模块输出的纬度信息与惯性测量单元的前向平位置信息的差值进行平方运算，最终将上述两种运算的求和结果作为观测的代价函数。而目标种群，迭代步长和迭代长度可以均与上述技术方案中的设定相同。

本发明实施例提供的技术方案，通过获取惯性测量单元中至少一个测量器的输出信息，以及辅助校正模块和气压高度计的输出信息，并利用遗传算法对测量器件的参数进行优化和迭代计算，获取到最优的标定参数，同时预判了参数的变化趋势，对未来一段时间的参数进行预判，进而起到了增加参数误差重调和标定时间的作用，提高了惯性测量单元的测量精度。

实施例二

图2是本发明实施例二所提供的一种参数误差的标定装置的结构框图，该装置具体包括：输出信息获取模块210、辅助信息获取模块220和参数误差标定模块230。

输出信息获取模块210，用于获取惯性测量单元中至少一个测量器件的输出信息；

辅助信息获取模块220，用于获取辅助校正模块的输出信息，以及气压高度计的输出信息；所述辅助校正模块包括gps测量模块和/或里程计；

参数误差标定模块230，用于根据所述惯性测量单元中至少一个测量器件的输出信息、所述辅助校正模块的输出信息以及所述气压高度计的输出信息，对所述惯性测量单元中所述测量器件的至少一个参数误差进行标定。

本发明实施例提供的技术方案，通过获取惯性测量单元中至少一个测量器的输出信息，以及辅助校正模块和气压高度计的输出信息，并利用遗传算法对测量器件的参数进行优化和迭代计算，获取到最优的标定参数，同时预判了参数的变化趋势，对未来一段时间的参数进行预判，进而起到了增加参数误差重调和标定时间的作用，提高了惯性测量单元的测量精度。

可选的，在上述技术方案的基础上，输出信息获取模块210，具体用于：

获取惯性测量单元中陀螺仪输出的角速度信息和加速度计输出的加速度信息；

其中，所述陀螺仪输出的角速度信息包括水平陀螺仪输出的水平角速度信息、前向陀螺仪输出的前向角速度信息和天向陀螺仪输出的天向角速度信息；

所述加速度计输出的加速度信息包括水平加速度计输出的水平加速度信息、前向加速度计输出的前向加速度信息和天向加速度计输出的天向加速度信息。

可选的，在上述技术方案的基础上，辅助信息获取模块220，具体用于：

获取辅助校正模块输出的东向速度信息和北向速度信息，以及气压高度计输出的高度信息。

可选的，在上述技术方案的基础上，参数误差标定模块230，具体用于：

根据所述惯性测量单元中陀螺仪输出的角速度信息和加速度计输出的加速度信息，获取所述惯性测量单元的速度信息、位置信息、目标零位误差和天向加速度计的刻度因数误差；所述速度信息包括水平速度信息、前向速度信息和天向速度信息；所述位置信息包括水平位置信息、前向位置信息和天向位置信息；所述目标零位误差包括水平陀螺仪的零位误差、前向陀螺仪的零位误差、天向陀螺仪的零位误差、水平加速度计的零位误差和前向加速度计的零位误差。

可选的，在上述技术方案的基础上，参数误差的标定装置，还包括：

遗传算法执行模块，用于通过遗传算法，对所述目标零位误差和所述天向加速度计的刻度因数误差进行标定。

可选的，在上述技术方案的基础上，遗传算法执行模块，还包括：

高度信息处理单元，用于通过遗传算法，根据所述惯性测量单元的位置信息和所述气压高度计的高度信息，对所述天向加速度计的刻度因数误差进行迭代处理，以实现对所述天向加速度计的刻度因数误差的标定；

速度信息处理单元，用于通过遗传算法，根据所述惯性测量单元的速度信息，以及所述辅助校正模块输出的东向速度信息和北向速度信息，对所述目标零位误差进行迭代处理，以实现对所述目标零位误差的标定。

可选的，在上述技术方案的基础上，遗传算法执行模块，还包括：

位置信息处理单元，用于通过遗传算法，根据所述惯性测量单元的位置信息，以及所述辅助校正模块输出的经度信息和纬度信息，对所述目标零位误差进行迭代处理，以实现对所述目标零位误差的标定。

上述装置可执行本发明任意实施例所提供的参数误差的标定方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例提供的方法。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的一种设备的结构示意图，如图3所示，该设备包括处理器30、存储器31、输入装置32和输出装置33；设备中处理器30的数量可以是一个或多个，图3中以一个处理器30为例；设备处理器30、存储器31、输入装置32和输出装置33可以通过总线或其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。

存储器31作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例二中的参数误差的标定装置对应的模块(输出信息获取模块210、辅助信息获取模块220和参数误差标定模块230)。处理器30通过运行存储在存储器31中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的参数误差的标定方法。

存储器31可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器31可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器31可进一步包括相对于处理器30远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置32可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置33可包括显示屏等显示设备。

实施例四

本发明实施例四还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质在由计算机处理器执行时用于执行参数误差的标定方法，该方法包括：

获取惯性测量单元中至少一个测量器件的输出信息；

获取辅助校正模块的输出信息，以及气压高度计的输出信息；所述辅助校正模块包括gps测量模块和/或里程计；

根据所述惯性测量单元中至少一个测量器件的输出信息、所述辅助校正模块的输出信息以及所述气压高度计的输出信息，对所述惯性测量单元中所述测量器件的至少一个参数误差进行标定。

当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的参数误差的标定方法中的相关操作。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、闪存(flash)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的参数误差的标定方法。

值得注意的是，上述参数误差的标定装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。