一種慣性測(cè)量單元誤差補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及慣性測(cè)量單元誤差補(bǔ)償方法，特別是涉及一種慣性測(cè)量單元誤差補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002]慣性測(cè)量單元標(biāo)定是慣性導(dǎo)航的前提，標(biāo)定結(jié)果的好壞將對(duì)慣性導(dǎo)航精度產(chǎn)生直接的影響。低成本的慣性測(cè)量單元，由于采用低成本慣性器件，其輸出精度已經(jīng)大打折扣。本專利所指的低成本慣性測(cè)量單元，其組成包括:加速度計(jì)和陀螺儀。該低成本慣性測(cè)量單元中加速度計(jì)可為三軸加速度計(jì)，優(yōu)選低成本三軸加速度計(jì)。該低成本慣性測(cè)量單元中陀螺儀可為三軸陀螺儀，優(yōu)選低成本三軸陀螺儀。而利用傳統(tǒng)的標(biāo)定方法對(duì)這類器件進(jìn)行標(biāo)定，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，而且起不到良好的效果，事倍功半。典型的慣性測(cè)量單元誤差源包括:零位誤差、比例系數(shù)誤差、安裝誤差和隨機(jī)誤差幾大類。對(duì)于低成本慣性測(cè)量單元來說，同樣也包含這幾類誤差。
[0003]隨著移動(dòng)通信與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，低成本慣性測(cè)量單元應(yīng)用的場(chǎng)合也越來越多，出貨量也會(huì)越來越大。而對(duì)于這類產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)，就必須有一種快速誤差建模與標(biāo)定技術(shù)，來提高慣性測(cè)量單元生產(chǎn)效率。
[0004]本發(fā)明公開了一種慣性測(cè)量單元誤差補(bǔ)償方法，其目的是為了提高低成本慣性測(cè)量單元的測(cè)量精度，同時(shí)能夠快速進(jìn)行實(shí)施，提高慣性測(cè)量單元的生產(chǎn)效率。該方法的具體實(shí)時(shí)步驟為:第一步，將慣性測(cè)量單元固定于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上，確定慣性測(cè)量單元的安裝基準(zhǔn)；第二步，確定慣性測(cè)量單元X軸器件粗標(biāo)定零位系數(shù)和粗標(biāo)定比例系數(shù)；第三步，確定慣性測(cè)量單元y軸器件粗標(biāo)定零位系數(shù)和粗標(biāo)定比例系數(shù)；第四步，確定慣性測(cè)量單元z軸器件粗標(biāo)定零位系數(shù)和粗標(biāo)定比例系數(shù)；第五步，將慣性測(cè)量單元至于高低溫箱內(nèi)，確定慣性測(cè)量單元溫度一次項(xiàng)系數(shù)和溫度二次項(xiàng)系數(shù)；第六步，將慣性測(cè)量固定于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上，確定慣性測(cè)量單元X、1、z軸器件比例系數(shù)誤差系數(shù)；第七步，確定慣性測(cè)量單元X、1、z軸器件交叉耦合系數(shù)；第八步，采集I小時(shí)慣性測(cè)量單元輸出，確定慣性測(cè)量單元x、y、z軸器件隨機(jī)誤差系數(shù)；第八步，進(jìn)行慣性測(cè)量單元重復(fù)性測(cè)試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明公開了一種慣性測(cè)量單元誤差補(bǔ)償方法，其目的是為了提高低成本慣性測(cè)量單元的測(cè)量精度，同時(shí)能夠快速進(jìn)行實(shí)施，提高了慣性測(cè)量單元的生產(chǎn)效率。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]該方法的具體實(shí)時(shí)步驟為:
[0008]第一步，將慣性測(cè)量單元固定于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上，確定慣性測(cè)量單元的安裝基準(zhǔn)；
[0009]第二步，確定慣性測(cè)量單元X軸器件粗標(biāo)定零位系數(shù)和粗標(biāo)定比例系數(shù)；
[0010]第三步，確定慣性測(cè)量單元y軸器件粗標(biāo)定零位系數(shù)和粗標(biāo)定比例系數(shù)；
[0011]第四步，確定慣性測(cè)量單元z軸器件粗標(biāo)定零位系數(shù)和粗標(biāo)定比例系數(shù)；
[0012]第五步，將慣性測(cè)量單元至于高低溫箱內(nèi)，確定慣性測(cè)量單元溫度一次項(xiàng)系數(shù)和溫度二次項(xiàng)系數(shù)；
[0013]第六步，將慣性測(cè)量固定于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上，確定慣性測(cè)量單元X、1、z軸器件比例系數(shù)誤差系數(shù)；
[0014]第七步，確定慣性測(cè)量單元X、y、z軸器件交叉親合系數(shù)；
[0015]第八步，采集I小時(shí)慣性測(cè)量單元輸出，確定慣性測(cè)量單元x、y、z軸器件隨機(jī)誤差系數(shù)；
[0016]第九步，進(jìn)行慣性測(cè)量單元重復(fù)性測(cè)試。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0018]I)本發(fā)明提供的一種慣性測(cè)量單元誤差補(bǔ)償方法，利用三軸轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)低成本慣性測(cè)量單元進(jìn)行標(biāo)定，只需安裝兩次測(cè)量工裝，縮短了標(biāo)定時(shí)間，提高了工作效率。
[0019]2)本發(fā)明提供的一種慣性測(cè)量單元誤差補(bǔ)償方法，利用流程化的工作步驟設(shè)計(jì)，縮短了標(biāo)定時(shí)間。
[0020]3)本發(fā)明提供的一種慣性測(cè)量單元誤差補(bǔ)償方法，以標(biāo)準(zhǔn)的慣性器件誤差模型為依據(jù)，在保證低成本慣性測(cè)量單元精度的同時(shí)，提高了標(biāo)定效率。
【附圖說明】
[0021]圖1為一種慣性測(cè)量單元誤差補(bǔ)償方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明公開了一種慣性測(cè)量單元誤差補(bǔ)償方法，其目的是為了提高低成本慣性測(cè)量單元的測(cè)量精度，同時(shí)能夠快速進(jìn)行實(shí)施，提高了慣性測(cè)量單元的生產(chǎn)效率。
[0023]本發(fā)明提出的一種慣性測(cè)量單元誤差補(bǔ)償方法，其步驟如下:
[0024]第一步，將慣性測(cè)量單元固定于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上，確定慣性測(cè)量單元的安裝基準(zhǔn)
[0025]將慣性測(cè)量單元通過工裝固定與三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上，使其測(cè)量軸與三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的三軸旋轉(zhuǎn)軸重合，即三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的X軸對(duì)應(yīng)低成本慣性測(cè)量單元的X軸，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的I軸對(duì)應(yīng)低成本慣性測(cè)量單元的y軸，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的z軸對(duì)應(yīng)低成本慣性測(cè)量單元的z軸，且三軸方向與導(dǎo)航坐標(biāo)系東北天方向重合。利用三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的控制程序，使轉(zhuǎn)臺(tái)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)平，自動(dòng)找到方向基準(zhǔn)。
[0026]第二步，確定慣性測(cè)量單元X軸器件粗標(biāo)定零位系數(shù)和粗標(biāo)定比例系數(shù)
[0027]低成本慣性測(cè)量單元工作于原始數(shù)據(jù)輸出模式，即低成本慣性測(cè)量單元的輸出均為ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)輸出的數(shù)字值。通過三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制程序，按照如下方式運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)過程中，利用低成本慣性測(cè)量單元數(shù)據(jù)記錄程序記錄低成本慣性測(cè)量單元數(shù)據(jù)輸出:
[0028](I)控制轉(zhuǎn)臺(tái)在靜止情況下工作I分鐘；
[0029](2)以100° /s的角速率繞X軸旋轉(zhuǎn)6000° ;
[0030](3)以30° /s的角速率繞y軸旋轉(zhuǎn)90°，并靜止I分鐘
[0031](4)以-30° /s的角速率繞y軸旋轉(zhuǎn)至-180°，并靜止I分鐘；
[0032](5)轉(zhuǎn)臺(tái)回零。
[0033]關(guān)閉低成本慣性測(cè)量單元，讀取記錄數(shù)據(jù)，處理過程如下:
[0034](I)計(jì)算靜止情況下的I分鐘X軸低成本陀螺儀輸出數(shù)據(jù)的平均值，該值即為X軸低成本陀螺儀粗標(biāo)定零位系數(shù)；
[0035](2)計(jì)算100° /s的角速率繞X軸旋轉(zhuǎn)6000°的平均值，并利用該值減去零位系數(shù)，得到系數(shù)a ;利用100除以a，即得到X軸低成本陀螺儀粗標(biāo)定比例系數(shù)；
[0036](3)計(jì)算y軸處于90°時(shí)，x軸低成本加速度計(jì)輸出的平均值記為b ；
[0037](4)計(jì)算y軸處于-90°時(shí)，x軸低成本加速度計(jì)輸出的平均值記為c ；
[0038](5)計(jì)算d = (b_c)/2，該值即為x軸低成本加速度計(jì)的粗標(biāo)定零位系數(shù)；利用b減去d，得到值e，利用本地重力-9.8m/S2除以e，得到x軸低成本加速度計(jì)的粗標(biāo)定比例系數(shù)。
[0039]第三步，確定慣性測(cè)量單元y軸器件粗標(biāo)定零位系數(shù)和粗標(biāo)定比例系數(shù)
[0040]通過三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制程序，按照如下方式運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)過程中，利用低成本慣性測(cè)量單元數(shù)據(jù)記錄程序記錄低成本慣性測(cè)量單元數(shù)據(jù)輸出:
[0041](I)控制轉(zhuǎn)臺(tái)在靜止情況下工作I分鐘；
[0042](2)以100° /s的角速率繞y軸旋轉(zhuǎn)6000° ;
[0043](3)以30° /s的角速率繞X軸旋轉(zhuǎn)90°，并靜止I分鐘
[0044](4)以-30° /s的角速率繞X軸旋轉(zhuǎn)至-180°，并靜止I分鐘；
[0045](5)轉(zhuǎn)臺(tái)回零。
[0046]關(guān)閉低成本慣性測(cè)量單元，讀取記錄數(shù)據(jù)，處理過程如下:
[0047](I)計(jì)算靜止情況下的I分鐘y軸低成本陀螺儀輸出數(shù)據(jù)的平均值，該值即為y軸低成本陀螺儀粗標(biāo)定零位系數(shù)；
[0048](2)計(jì)算100° /s的角速率繞y軸旋轉(zhuǎn)6000°的平均值，并利用該值減去零位系數(shù)，得到系數(shù)al ;利用100除以al，即得到y(tǒng)軸低成本陀螺儀粗標(biāo)定比例系數(shù)；
[0049](3)計(jì)算X軸處于-90°時(shí)，y軸低成本加速度計(jì)輸出的平均值記為bl ；
[0050](4)計(jì)算X軸處于90°時(shí)，y軸低成本加速度計(jì)輸出的平均值記為cl ；
[0051]計(jì)算dl = (bl_cl)/2，該值即為x軸低成本加速度計(jì)的粗標(biāo)定零位系數(shù)；利用bl減去dl，得到值el，利用本地重力-9.8m/s2除以el，得到y(tǒng)軸低成本加速度計(jì)的粗標(biāo)定比例系數(shù)。
[0052]第四步，確定慣性測(cè)量單元z軸器件粗標(biāo)定零位系數(shù)和粗標(biāo)定比例系數(shù)
[0053]通過三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制程序，按照如下方式運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)過程中，利用低成本慣性測(cè)量單元數(shù)據(jù)記錄程序記錄低成本慣性測(cè)量單元數(shù)據(jù)輸出:
[0054](I)控制轉(zhuǎn)臺(tái)在靜止情況下工作I分鐘；
[0055](2)以100° /s的角速率繞z軸旋轉(zhuǎn)6000° ;
[0056](3)以30° /s的角速率繞X軸旋轉(zhuǎn)180°，并靜止I分鐘
[0057](4)轉(zhuǎn)臺(tái)回零。
[0058]關(guān)閉低成本慣性測(cè)量單元，讀取記錄數(shù)據(jù)，處理過程如下:
[0059](I)計(jì)算靜止情況下的I分鐘z軸低成本陀螺儀輸出數(shù)據(jù)的平均值，該值即為z軸低成本陀螺儀粗標(biāo)定零位系數(shù)；
[0060](2)計(jì)算100° /s的角速率繞z軸旋轉(zhuǎn)6000°的平均值，并利用該值減去零位系數(shù)，得到系數(shù)a2 ;利用100除以a2，即得到z軸低成本陀螺儀粗標(biāo)定比例系數(shù)；
[0061](3)計(jì)算z軸處于靜止時(shí)，z軸低成本加速度計(jì)輸出的平均值記為c2 ；
[0062](4)計(jì)算X軸處于180°時(shí)，y軸低成本加速度計(jì)輸出的平均值記為b2 ；
[0063]利用d2 = (b2_c2)/2，該值即為x軸低成本加速度計(jì)的粗標(biāo)定零位系數(shù)；利用b2減去d2，得到值e2，利用本地重力-9.8m/s2除以e2，得到z軸低成本加速度計(jì)的粗標(biāo)定比例系數(shù)。
[0064]第五步，將慣性測(cè)量單元至于高低溫箱內(nèi)，確定慣性測(cè)量單元溫度一次項(xiàng)系數(shù)和溫度二次項(xiàng)系數(shù)
[0065]將慣性測(cè)量單元從三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上取下，放置于高低溫箱內(nèi)，此時(shí)低成本慣性測(cè)量單元工作于溫度標(biāo)定模式，即將粗標(biāo)定的零位和比例系數(shù)已經(jīng)燒寫進(jìn)低成本慣性測(cè)量單元內(nèi)。利用低成本慣性測(cè)量單元數(shù)據(jù)記錄軟件，記錄低成本慣性測(cè)量單元輸出數(shù)據(jù)。將高低溫箱溫度以2°C /分鐘的升溫速率，從_45°C升高至80°C。利用最小二乘方法，計(jì)算三個(gè)軸向上的慣性器件的溫度的一次項(xiàng)系數(shù)和二次項(xiàng)系數(shù)，即在進(jìn)行最小二乘時(shí)，橫坐標(biāo)為溫度，縱坐標(biāo)為慣性器件測(cè)量的輸出值，利用最小二乘方法，對(duì)該曲線進(jìn)行二次擬合，即可得到慣性器件的溫度的一次項(xiàng)系數(shù)和二次項(xiàng)系數(shù)。并將結(jié)果燒寫進(jìn)低成本慣性測(cè)量單