本發(fā)明屬于慣性導航中慣性傳感器誤差標定，具體涉及一種外場在線標定微型陣列mems陀螺儀的方法。

背景技術(shù)：

1、慣性導航系統(tǒng)可獨立為載體提供姿態(tài)、速度、位置等信息。微機械(mems)慣性傳感器因其微型化、成本低等優(yōu)點，廣泛應用于慣性導航中。但受限于加工工藝，單一mems慣性傳感器具有測量誤差大、穩(wěn)定性差等缺陷，無法滿足高精度的應用需求。采用器件冗余配置技術(shù)是提高系統(tǒng)可靠性的常用方法，但是復雜的配置方式會降低慣性器件的量測精度，在提高慣導系統(tǒng)可靠性的同時保證精度是亟待解決的問題。在實驗室條件下可以用高精度轉(zhuǎn)臺作為參考來實現(xiàn)誤差補償，但是在不配備轉(zhuǎn)臺的外場工況下，這一方案不再適用。并且零偏、標度因數(shù)和安裝誤差不是固定不變的，誤差會隨著時間而變化。

2、現(xiàn)有技術(shù)利用輔助設(shè)備的導航數(shù)據(jù)作為參考來標定，需在產(chǎn)品上安裝額外的器件，增大了產(chǎn)品的成本，同時，利用自然界的恒矢量作為參考，需要將加速度計、mems陀螺儀采集的數(shù)據(jù)全部存儲再進行參數(shù)估計，無法實現(xiàn)在線標定，需要額外的存儲單元。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)不足，現(xiàn)提出一種外場在線標定微型陣列mems陀螺儀的方法，本發(fā)明提出的方法僅需要mems陀螺儀的輸出，可跟隨mems陀螺儀不同運動狀態(tài)下的輸出在線標定。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：提供一種外場在線標定微型陣列mems陀螺儀的方法，包括以下步驟：

3、s1，通電，初始化微型機慣性傳感器；

4、s2，將微型陣列mems陀螺儀的輸出轉(zhuǎn)換為載體坐標系的三軸輸出；

5、s3，結(jié)合機動目標跟蹤理論，建立角速率跟蹤的卡爾曼濾波器，估算得道各時刻的各軸角速度速率；

6、s4，用估算得到各時刻的各軸角速率，建立隨機漂移誤差估算的自適應卡爾曼濾波器，對xyz軸分別進行隨機漂移誤差和確定性誤差補償；

7、s5，以每個時刻補償完隨機漂移誤差的估計角速率為參考，建立確定性誤差估算卡爾曼濾波器，并進行補償；

8、s6，估算得到該時刻的十二個誤差參數(shù)，在當前采樣時刻下，先得到角速率估算補償隨機漂移誤差估算后的值，將該值作為參考代入確定性誤差估算的濾波器中，得到確定性誤差角速率；

9、s7，用隨機漂移誤差和確定性誤差估算法對當前采樣角速率進行估算，得到最終標定結(jié)果。

10、優(yōu)選的，所述步驟s2將微型陣列mems陀螺儀的輸出轉(zhuǎn)換為載體坐標系的三軸輸出，具體過程如下：

11、首先，構(gòu)建載體坐標系(b系)為“x-y-z”，確定陣列中第i個傳感器敏感軸在載體坐標系中與obzb軸的夾角αi，在xbobyb平面上的投影與obxb軸方向的夾角為βi，則含n個傳感器敏感軸的輸出在b系下表示為

12、

13、m＝hx+υ

14、其中，υ為量測噪聲；

15、使用最小二乘法將陣列式mems傳感器輸出融合為三軸輸出

16、

17、其中ω為冗余mems陀螺儀敏感軸輸出，為b系相對于地理坐標系(x-y-z)的三軸角速度。

18、優(yōu)選的，所述步驟s3結(jié)合機動目標跟蹤理論，建立系統(tǒng)狀態(tài)空間方程如下：

19、xik＝aixik-1+wik

20、zik＝hixiik+vik

21、

22、其中，hi＝[10]，系統(tǒng)噪聲wik是均值為零，方差為的白噪聲序列，vik是均值為零，方差為rik的高斯量測噪聲。

23、優(yōu)選的，所述步驟s4中隨機誤差漂移補償方式為：對各軸數(shù)據(jù)選取靜止狀態(tài)下400個數(shù)據(jù)點進行預處理，去除線性趨勢項后，再用gm(1，1)模型去除非線性趨勢項，對數(shù)據(jù)進行正態(tài)化處理，預處理后的數(shù)據(jù)為具有正態(tài)性的零均值平穩(wěn)隨機序列，根據(jù)aic準則，建立最優(yōu)arma(2，1)模型；方程為

24、

25、用arma模型系數(shù)和θj構(gòu)建的自適應卡爾曼濾波器如下：

26、xiik＝aiixiik-1+wiik

27、ziik＝hiixiik+viik

28、其中，系統(tǒng)狀態(tài)變量xiik＝[xk?xk-1]t，xk為隨機漂移誤差估計。系統(tǒng)噪聲變量wiik＝ak，hii＝[1?0]，g0＝1，

29、自適應卡爾曼濾波器中的自適應參數(shù)更新過程為

30、

31、qiik＝qiik-1+γqiik-1dkeiik

32、

33、其中，piik，k-1為協(xié)方差矩陣，eiik為估計誤差，qik和qik分別為時變系統(tǒng)噪聲的均值和方差，riik-1為量測噪聲方差，γ＝(1-b)/(1-bk+1)，b為遺忘因子。

34、5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種外場在線標定微型陣列mems陀螺儀的方法，其特征在于：所述步驟s5考慮mems陀螺儀的零偏、標度因數(shù)和安裝誤差，構(gòu)建誤差模型為：

35、ωm＝sgωt+bg

36、其中，ωm＝[ωmx?ωmy?ωmz]t為b系下未標定的陣列式mems陀螺儀的正交三軸輸出，ωt＝[ωx?ωy?ωz]t為載體實際的角速度，bg為mems陀螺儀的零偏，sg為系數(shù)矩陣。bg和sg可以表示為

37、

38、用于確定性誤差補償?shù)目柭鼮V波器的狀態(tài)方程和觀測方程為

39、

40、優(yōu)選的，本方法采用17顆mems芯片構(gòu)建陣列式mems慣導系統(tǒng)。

41、優(yōu)選的，所述17顆mems芯片的每顆芯片即為一個慣性測量單元(imu)包含三軸加速度計和三軸mems陀螺儀；正面九顆芯片，其中八顆芯片沿圓形均勻排布，相鄰芯片夾角為45°；背面八顆芯片和正面圓形排布的八顆芯片處于對應位置。

42、本發(fā)明的有益效果：。

43、本發(fā)明提出一種成本低、計算量小、可跟隨mems陀螺儀不同運動狀態(tài)在線誤差補償?shù)臉硕ǚ椒?；將微型陣列mems陀螺儀融合三軸輸出，減小陣列系統(tǒng)標定的計算量；先存儲一小段靜止數(shù)據(jù)進行自回歸滑動平均(arma)建模后，用自適應卡爾曼濾波器跟隨估計mems陀螺儀隨機漂移誤差，并補償用卡爾曼濾波器跟隨估計角速率的隨機漂移誤差，以此為參考用卡爾曼濾波器估計確定性誤差并補償，實現(xiàn)了mems陀螺儀隨機漂移誤差和確定性誤差的在線標定，適用于低成本組裝的陣列式mems慣導系統(tǒng)。

技術(shù)特征：

1.一種外場在線標定微型陣列mems陀螺儀的方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外場在線標定微型陣列mems陀螺儀的方法，其特征在于：所述步驟s2將微型陣列mems陀螺儀的輸出轉(zhuǎn)換為載體坐標系的三軸輸出，具體過程如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種外場在線標定微型陣列mems陀螺儀的方法，其特征在于：所述步驟s3結(jié)合機動目標跟蹤理論，建立系統(tǒng)狀態(tài)空間方程如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種外場在線標定微型陣列mems陀螺儀的方法，其特征在于：所述步驟s4中隨機誤差漂移補償方式為：對各軸數(shù)據(jù)選取靜止狀態(tài)下400個數(shù)據(jù)點進行預處理，去除線性趨勢項后，再用gm(1，1)模型去除非線性趨勢項，對數(shù)據(jù)進行正態(tài)化處理，預處理后的數(shù)據(jù)為具有正態(tài)性的零均值平穩(wěn)隨機序列，根據(jù)aic準則，建立最優(yōu)arma(2，1)模型；方程為

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種外場在線標定微型陣列mems陀螺儀的方法，其特征在于：所述步驟s5考慮mems陀螺儀的零偏、標度因數(shù)和安裝誤差，構(gòu)建誤差模型為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種外場在線標定微型陣列mems陀螺儀的方法，其特征在于：本方法采用17顆mems芯片構(gòu)建陣列式mems慣導系統(tǒng)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種外場在線標定微型陣列mems陀螺儀的方法，其特征在于：所述17顆mems芯片的每顆芯片即為一個慣性測量單元(imu)包含三軸加速度計和三軸mems陀螺儀；正面九顆芯片，其中八顆芯片沿圓形均勻排布，相鄰芯片夾角為45°；背面八顆芯片和正面圓形排布的八顆芯片處于對應位置。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種外場在線標定微型陣列MEMS陀螺儀的方法，包括以下步驟：通電，初始化微型機慣性傳感器；將微型陣列MEMS陀螺儀的輸出轉(zhuǎn)換為載體坐標系的三軸輸出；結(jié)合機動目標跟蹤理論，建立角速率跟蹤的卡爾曼濾波器，估算得道各時刻的各軸角速度速率；用估算得到各時刻的各軸角速率，建立隨機漂移誤差估算的自適應卡爾曼濾波器，對xyz軸分別進行隨機漂移誤差和確定性誤差補償；以每個時刻補償完隨機漂移誤差的估計角速率為參考，建立確定性誤差估算卡爾曼濾波器，并進行補償；估計得到該時刻的十二個誤差參數(shù)，對當前采樣角速率的隨機漂移誤差和確定性誤差進行補償后，得到當前時刻最終標定角速率。

技術(shù)研發(fā)人員：孫澤春,曹菁哲,宋見,馮曉青,周勇
受保護的技術(shù)使用者：重慶鯤量科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6