一种MEMS惯性测量单元系统级批量标定方法与流程

文档序号:21313646发布日期:2020-06-30 20:41阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种mems惯性测量单元系统级批量标定方法,其特征在于,包括以下步骤:

s1、将基准惯组安装在三轴转台中心,被测惯组安装在基准惯组四周,使基准惯组质心位于内框中心且轴向与三轴转台旋转轴重合;

s2、连接测试设备,给惯组供电并且预热,同时采集基准惯组与被测惯组陀螺仪和加速度计的输出,待测试设备、基准惯组与被测惯组完成初始化;

s3、建立mems惯性测量单元的误差模型;

s4、按照预定设计的标定路径对三轴转台进行规定路径编排,在三轴转台运动过程中采集基准惯组和被测惯组的数据,进行包括导航解算在内的离线处理;

s5、以被测惯组共12个量做卡尔曼滤波器状态量,建立状态方程;

s6、以基准惯组的导航参数做基准,对基准惯组和被测惯组的姿态角、速度做差看作被测惯组的姿态误差、速度误差,三轴姿态误差和三轴速度误差共6个值作为卡尔曼滤波器观测量,建立观测方程;

s7、利用卡尔曼滤波进行迭代估计,得到被测惯组陀螺仪加速度计零偏;

s8、将基准惯组的加速度计输出看作是实际的加速度,陀螺仪输出看作实际的角速率,通过最小二乘法分离标度因数和安装误差参数。

2.根据权利要求1所述的mems惯性测量单元系统级批量标定方法,其特征在于,所述s1中初始对准过程中以基准惯组的自身坐标系为参考坐标系,对被测惯组进行初始对准,即基准惯组与被测惯组之间的状态转移矩阵无限趋近于单位阵。

3.根据权利要求1所述的mems惯性测量单元系统级批量标定方法,其特征在于,所述s3中的误差模型包括陀螺仪误差模型,加速度计误差模型,姿态误差模型,速度误差模型以及位置误差模型,具体如下:

陀螺仪忽略随机干扰,陀螺仪误差模型为:

加速度计忽略二次项误差,加速度计误差模型为:

姿态误差模型:

速度误差模型:

位置误差模型:

4.根据权利要求1所述的mems惯性测量单元系统级批量标定方法,其特征在于,所述s4中应进一步同时对主、从惯组进行导航解算,具体步骤如下:

s4.1、姿态解算:以q=[1000]做初始四元数;采用龙格-库塔法进行四元数微分方程的迭代以更新四元数;通过更新后的四元数按照下式求得姿态角和姿态矩阵

s4.2、速度解算:速度更新微分方程为:

其中,是固连于载体的加速度计输出的比力信息;是上一步求得的姿态矩阵;gn是重力加速度在导航坐标系下的投影gn=[00-g]t,g的计算公式为:g=g0[1+0.00527094sin2l+0.0000232718sin4l]-0.000003086h,为地球自转角速度,是常量;

s4.3、位置解算:通过旋转矢量法求解当前的位置矩阵根据位置矩阵按照如下公式计算经度l纬度λ:高度h的计算公式为:h=ht-1+vu×δt其中δt是位置更新周期;

导航解算后,得到基准惯组和被测惯组各自的12个导航参数,即三轴姿态角:俯仰角θ,横滚角γ,航向角ψ,三轴速度:东向速度ve,北向速度vn,天向速度vu,三个位置参数:纬度l,经度λ,海拔高度h。

5.根据权利要求1所述的mems惯性测量单元系统级批量标定方法,其特征在于,所述s5中状态量包括陀螺仪三轴零偏(εx,εy,εz)、加速度计三轴零偏(▽x,▽y,▽z)、姿态误差(δθ,δγ,δψ)、速度误差(δve,δvn,δvu)、位置误差(δl,δλ,δh);

建立状态方程x=fx+gw,其中

状态量:xt=[δveδvnδvuφeφnφuεxεyεzδaxδayδaz];

控制量:wt=[wgxwgγwgzwaxwaywaz000000];

状态转移矩阵:

f3=06×12;

控制矩阵:

6.根据权利要求1所述的mems惯性测量单元系统级批量标定方法,其特征在于,所述s6中观测量包括姿态误差(δθ,δγ,δψ),速度误差(δve,δvn,δvu),分别由主惯组姿态减子惯组姿态,主惯组速度减子惯组速度得到;

建立的观测方程z=hx+v,其中:

观测量:z=[δveδvnδvuδlδλδh]t

观测矩阵:

7.根据权利要求1所述的mems惯性测量单元系统级批量标定方法,其特征在于,所述s7具体步骤如下:

s7.1、根据状态转移矩阵得到噪声协方差矩阵的传递方程:pk=fkpk-1fkt+q;

s7.2、根据当前时刻的噪声协方差矩阵以及观测矩阵求当前的卡尔曼增益k:

s7.3、根据当前时刻的卡尔曼滤波增益对下一时刻的状态量进行最优估计:

s7.4、同时更新噪声协方差矩阵

s7.5、在完成三轴转台的转动过程后,得到卡尔曼滤波迭代估计后的状态量,取其中的陀螺仪加速度计零偏,即为标定结果。


技术总结
一种MEMS惯性测量单元系统级批量标定方法,包括以下步骤:S1、将基准惯组安装在三轴转台中心,被测惯组安装在基准惯组四周;S2、连接测试设备,给惯组供电并且预热,完成初始化;S3、建立MEMS惯性测量单元的误差模型;S4、按照预定设计的标定路径对三轴转台进行规定路径编排,采集惯组的数据;S5、以被测惯组共12个量做卡尔曼滤波器状态量,建立状态方程;S6、以基准惯组的导航参数做基准,对基准惯组和被测惯组的姿态角、速度做差,建立观测方程;S7、利用卡尔曼滤波进行迭代估计,得被测惯组陀螺仪加速度计零偏;S8、将基准惯组的加速度计输出看作实际的加速度,陀螺仪输出看作实际的角速率,通过最小二乘法分离标度因数和安装误差参数。

技术研发人员:张鹏;李维刚;刘鹏;李孟委
受保护的技术使用者:中北大学
技术研发日:2020.04.22
技术公布日:2020.06.30
当前第2页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1