一种基于遗传算法的免转台MIMU误差标定方法与流程

本发明属于惯性定位，具体涉及一种基于遗传算法的免转台mimu误差标定方法。

背景技术：

1、微机电惯性测量单元(miniature inertial measurement unit,mimu)作为一种重要的惯性敏感元件，常以三轴测量组合的形式对空间中的加速度和角速度矢量进行测量，其测量结果用于对载体的位置、速度以及姿态等运动参数的提取。因其低成本、小体积、实时性好的特点，在穿戴设备、智能汽车、小型无人机等领域快速占据了市场，但它测量并不像战术级别的测量传感器那样准确，利用mimu测量结果计算载体姿态、速度和位置时需要对mimu输出值进行积分，因此需要对mimu的误差参数进行标定补偿以期获得较高精度的输出结果。

2、目前为较多学者所研究的标定方法主要为转台式标定，使用转台设备提供的角速度以及不同位置的重力加速度作为基准，利用测量数据与基准进行线性拟合，建立标定模型以达到补偿确定性误差的目的。但转台等高精度仪器设备价格昂贵、操作繁琐、过程复杂、成本较高且无法移动只能在实验室完成标定，不利于低成本的mimu现场标定和使用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于遗传算法的免转台mimu误差标定方法，用以解决现有技术中转台等高精度仪器设备体积较大且价格昂贵，不能灵活适用于外场试验的问题，同时可实现对mimu的精确标定。一种基于遗传算法的免转台mimu误差标定方法，包括：

2、步骤1：将mimu进行位置摆放，并进行静态数据采集；

3、步骤2：先将mimu绕其中一轴旋转，旋转角度为45°，进行动态数据采集，随后静止30s继续静态数据采集，再回到初始状态，以相反方向做同样操作，如此反复执行多次；然后按照该操作采集mimu的三轴全部数据；

4、步骤3：建立mimu加速度计与陀螺仪误差模型，具体包括：

5、加速度误差模型如下：

6、

7、其中,[fx fy fz]t表示加速度三轴计输出值，[fx fy fz]t表示加速度三轴实际加速度；kij为加速度计三轴之间安装误差，i,j＝x,y,z；为加速计三轴标度因数；[bxby bz]t为加速度计三轴常值漂移；[vax vay vaz]t为加速度计三轴随机误差；

8、将加速度计的安装误差、标度因数和零偏进行补偿后，得载体实际加速度，补偿后的加速度计输出模型：

9、

10、公式(2)表示加速度计静态误差模型，安装误差矩阵包含3项误差参数，以kxy、kxz、kyz为待定的安装误差；在测量加速度计值时，对一段时间内的加速度计测量值求平均值，抵消加速度计随机噪声的影响；加速度计待标定参数误差包含9维，即

11、陀螺仪误差模型如下：

12、

13、其中，[wx wy wz]t表示陀螺三轴测量值，[ωx ωy ωz]t表示陀螺仪三轴真实角速率输出值；βij为陀螺仪三轴之间安装误差，i,j＝x,y,z；为陀螺仪三轴标度因数；[bx by bz]t为加速度计三轴常值漂移；[vgx vgy vgz]t为加速度计三轴随机误差；

14、将陀螺仪的安装误差、标度因数和零偏进行补偿后，得载体实际角速度，补偿后的陀螺仪输出模型为：

15、

16、通过测量一段时间的平均值，从而抵消陀螺仪随机噪声的影响；陀螺仪待标定参数误差包含9维，即

17、步骤4：构建陀螺仪和加速度计误差函数，具体为：

18、加速度计误差函数为：

19、

20、其中，fb为加速度计输出，(fb)k表示在第k个静态区间的加速度计输出；g为当地重力加速值；n表示mimu静止状态的个数，即静态区间的数量；

21、陀螺仪的误差函数为:

22、

23、其中，b'为动态旋转后的坐标系；为通过第k-1个静态区间与第k个静态区间之间的陀螺动态数据ωk对时间积分得到的方向余弦矩阵；fk-1为经补偿后在第k-1个静态区间的加速度计平均测量值；

24、步骤5：基于遗传算法，分别以加速度计和陀螺仪待标定参数误差作为种群中的个体，在对种群个体进行适应度计算阶段，将最佳适应度值对应的个体挑选出来作为最优个体，将最优个体对应的适应值与预先设定的判定进行对比：如满足判定，则得到最终的待标定参数误差；如不满足，则进行交叉变异过程并形成新一代的种群，如此反复执行，直至最后满足条件，得到待标定参数误差，实现误差标定；

25、其中，将陀螺仪和加速度计的误差函数作为各自的适应度函数。

26、进一步的，所述步骤4之前，先对mimu测量输出值中的随机噪声进行降噪预处理，再执行步骤4。

27、较佳的，所述步骤1中，将mimu进行任意位置摆放。

28、本发明具有如下有益效果：

29、本发明公开了一种基于遗传算法的免转台mimu误差标定方法，为了获得载体高精度姿态、速度、位置等运动参数，对mimu误差参数进行标定补偿，以获得较高精度的输出结果。本发明提出的利用遗传算法进行免转台标定，无需昂贵的仪器设备，具有成本低、可靠性高、操作简单、适用场合广泛的优点。

30、本发明公开了一种基于遗传算法的免转台mimu误差标定方法，通过设计mimu多位置旋转方案激励相关误差构建误差函数，并以误差函数为优化目标函数引入遗传算法，最后对目标函数中的标定误差参数进行搜索寻优实现对mimu中陀螺仪和加速度计确定性误差的辨识，从而达到在不依赖于其他测试设备的情况下对mimu现场标定。

技术特征：

1.一种基于遗传算法的免转台mimu误差标定方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种基于遗传算法的免转台mimu误差标定方法，其特征在于，所述步骤4之前，先对mimu测量输出值中的随机噪声进行降噪预处理，再执行步骤4。

3.如权利要求1所述的一种基于遗传算法的免转台mimu误差标定方法，其特征在于，所述步骤1中，将mimu进行任意位置摆放。

技术总结
本发明公开了一种基于遗传算法的免转台MIMU误差标定方法，为了获得载体高精度姿态、速度、位置等运动参数，对MIMU误差参数进行标定补偿，以获得较高精度的输出结果。本发明提出的利用遗传算法进行免转台标定，无需昂贵的仪器设备，具有成本低、可靠性高、操作简单、适用场合广泛的优点；通过设计MIMU多位置旋转方案激励相关误差构建误差函数，并以误差函数为优化目标函数引入遗传算法，最后对目标函数中的标定误差参数进行搜索寻优实现对MIMU中陀螺仪和加速度计确定性误差的辨识，从而达到在不依赖于其他测试设备的情况下对MIMU现场标定。

技术研发人员：袁克非,王亚波,杨宗元,杨建,王春,张士涛,燕熊,刘贤俊,杨毅,邓林
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七一九研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25