CN102997933A

CN102997933A - 一种确定陀螺仪零偏误差的方法、装置及包括该装置的系统

Info

Publication number: CN102997933A
Application number: CN2011102814405A
Authority: CN
Inventors: 涂仲轩
Original assignee: STMicroelectronics China Investment Co Ltd
Current assignee: STMicroelectronics China Investment Co Ltd
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2031-09-14
Also published as: US20130066578A1; CN102997933B

Abstract

本发明涉及一种确定陀螺仪零偏误差的方法，一种确定陀螺仪零偏误差的装置以及包括该装置的系统。该方法包括以下步骤：a.获取陀螺仪的一组输出；b.确定所述输出的离散度；c.判断所述离散度是否满足预定条件，并且基于所述判断结果执行步骤d或e；d.当所述离散度满足预定条件时，将所述输出的平均值确定为所述陀螺仪的零偏误差；e.当所述离散度不满足所述预定条件时，获取所述陀螺仪的另一组输出，并且对所述另一组输出重复执行上述步骤b至c。

Description

一种确定陀螺仪零偏误差的方法、装置及包括该装置的系统

技术领域

本发明一般涉及陀螺仪，具体地涉及确定陀螺仪零偏误差的方法、装置及包括该装置的系统。

背景技术

陀螺仪，也称为角速度计，通常用于检测旋转的角速度和角度。陀螺仪按照构成和原理的不同大体上可以分为传统的机械式陀螺、精密光纤陀螺、激光陀螺和微机械陀螺等。传统的机械式陀螺、精密光纤陀螺、激光陀螺已经在航空、航天及其他军事领域广泛应用于导航、制导与控制系统中。微机械陀螺由于容易小型化、成本低等特点而广泛应用于消费电子领域，例如在数码相机中用于稳定图像、用于惯性空中鼠标等。

然而在实际应用中，陀螺仪通常存在零偏现象，即在静止状态下陀螺仪的输出不为零。图1示出了陀螺仪存在零偏的一个例子，如图所示，在被静止放置的情况下，陀螺仪的Y轴输出不为零，在大约0至-2DPS(degree per second)的范围内漂移，平均值大约为-1.07DPS。如果不补偿该零偏误差，将会影响采用该陀螺仪的系统的精度。例如，空中鼠标通常基于陀螺仪的角速度输出XY坐标信号，如果陀螺仪的静态输出不为零，该空中鼠标在屏幕上的光标将总是处于漂移或抖动状态。又例如，AHRS系统(姿态和航向基准系统)基于陀螺仪的输出而显示飞机航向角、俯仰角、倾斜角等姿态信息。如果陀螺仪的零偏没有得到补偿，该AHRS系统所提供过的姿态信息可能不够精确。因此，需要对陀螺仪的零偏误差进行补偿。

一种已知的补偿方法是将陀螺仪静止放置，记录该陀螺仪的当前输出，将该当前输出作为陀螺仪的零偏并且在后续的过程中将该零偏从陀螺仪的实际输出中扣除。然而，该方法存在以下问题：其获取的当前输出可能包括偏离了零偏真实值较多的噪声信号，从而得到的零偏是不准确的。另一种已知的补偿方法是设定阈值，只有当陀螺仪的输出超过该阈值时才有相应的输出，否则保持静止。然而该方法的缺点是无法用于要求高精度的场合。

此外，陀螺仪的零偏值还可能随着环境温度等因素的改变而产生变化。图2示出了在静止情况下某种型号的陀螺仪的X轴输出随环境温度变化的曲线。由图2可见，当温度上升35℃，陀螺仪的X轴输出漂移8DPS。

发明内容

针对上述问题中的一个或多个：

一方面，本发明提供一种确定陀螺仪零偏误差的方法，包括以下步骤：a.获取陀螺仪的一组输出；b.确定所述输出的离散度；c.判断所述离散度是否满足预定条件，并且基于所述判断结果执行步骤d或e；d.当所述离散度满足预定条件时，将所述输出的平均值确定为所述陀螺仪的零偏误差；e.当所述离散度不满足所述预定条件时，获取所述陀螺仪的另一组输出，并且对所述另一组输出重复执行上述步骤b至c。

另一方面，本发明提供了另一种确定陀螺仪零偏误差的方法，包括以下步骤：a.获取陀螺仪的一组输出；b.确定所述输出的离散度；c.判断所述离散度是否满足预定条件，并且基于所述判断结果执行步骤d或e；d.当所述离散度满足预定条件时，将所述输出的平均值确定为所述陀螺仪的零偏误差，并基于所述离散度更新所述预定条件，继而执行步骤f；e.当所述离散度不满足所述预定条件时，直接执行步骤f；f.获取所述陀螺仪的另一组输出，并且对所述另一组输出重复执行所述步骤b至f。

上文已经概括而非宽泛地给出了本公开内容的特征。本公开内容的附加特征将在此后描述，其形成了本发明权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，可以容易地使用所公开的构思和具体实施方式，作为修改和设计其他结构或者过程的基础，以便执行与本发明相同的目的。本领域技术人员还应当理解，这些等同结构没有脱离所附权利要求书中记载的本发明的主旨和范围。

附图说明

为了更完整地理解本公开以及其优点，现在结合附图参考以下描述，其中：

图1示出了存在零偏的陀螺仪在静止情况下的Y轴输出；

图2示出了在静止情况下陀螺仪的X轴输出随环境温度的变化；

图3示出了根据本发明的一个方面的确定陀螺仪零偏误差的方法的一个实施例的流程图；

图4示出了图3所示的实施例的一个变化例的流程图；

图5示出了图3的相邻两组输出的样本点的一个例子；

图6示出了图3的相邻两组输出的样本点的另一个例子；

图7示出了根据本发明的一个方面的确定陀螺仪零偏误差的方法的另一个实施例的流程图；

图8示出了图7所示的实施例的一个变化例的流程图；

图9示出了图7所示的实施例的另一个变化例的流程图；

图10示出了图7所示的实施例的另一个变化例的流程图；

图11示出了采用图10的方法实时确定的陀螺仪零偏误差的曲线；

图12示出了根据本发明的另一个方面的确定陀螺仪零偏误差的装置的一个实施例的方框图；

图13示出了包括图12的装置的系统；

图14示出了根据本发明的另一个方面的确定陀螺仪零偏误差的装置的另一个实施例的方框图；

图15示出了包括图14的装置的系统；

图16示出了根据本发明的另一个方面的确定陀螺仪零偏误差的装置的另一个实施例的方框图；

图17示出了包括图16的装置的系统；

图18示出了根据本发明的另一个方面的确定陀螺仪零偏误差的装置的另一个实施例的方框图；以及

图19示出了包括图18的装置的系统，

除非指明，否则不同附图中的相应标记和符号一般表示相应的部分。绘制附图是为了清晰地示出本公开内容的实施方式的有关方面，而未必是按照比例绘制的。为了更为清晰地示出某些实施方式，在附图标记之后可能跟随有字母，其指示相同结构、材料或者过程步骤的变形。

具体实施方式

下面详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式，而非限制本发明的范围。

图3示出了根据本发明的确定陀螺仪零偏误差的方法的一个实施例的流程图。以下参考图3描述该实施例。

在步骤301中，获取待测试零偏误差的陀螺仪的一组输出。需要说明的是，该输出可以是从陀螺仪直接读取的，也可以是从耦接到陀螺仪的存储器的队列或者堆栈中获取，例如，存储器的一个队列用于保存来自陀螺仪的输出，当需要测试零偏误差时即从该存储器的队列中获取陀螺仪的输出。此外，陀螺仪的输出既可以通过例如电缆、光纤的有线传输介质传输，也可以通过例如微波的无线传输介质传输。

然后，在步骤303中，确定该组输出的离散度。本领域的技术人员理解，表征一组数据的离散度的方法可以有多种，例如，方差、标准差、离均差平方和等，可以使用任何已知的或者在本发明的申请日之后研究得到的表征数据离散度的方法确定陀螺仪的输出的离散度。在一个例子中，该陀螺仪的一组输出包括10个样本点{X1，X2，...X10}，采用标准差确定该组输出的离散度，离散度α用下式表示：

α = \sqrt{Σ_{i = 1}^{10} {(Xi - X)}^{2} / 9}

其中，X是该10个样本点的算术平均值。

接下来，在步骤305中，判断该离散度是否满足预定条件，在该流程图中，步骤305示出为判断该离散度是否小于第一预定值，因此在该例子中，预定条件是小于第一预定值。其中该第一预定值可以是根据实际需要确定的常量。例如，在要求陀螺仪处于“绝对”静止时才对其进行零偏测试的情形下，可以将第一预定值设定得较小，即预定条件较严格，如果输出的离散度大于该第一预定值则认为陀螺仪没有处于充分静止的状态或者周围的干扰较大，从而不对陀螺仪进行零偏测试。在要求陀螺仪处于“近似”静止时就可以对其进行零偏测试的情形下，可以将第一预定值设定得较大，即预定条件较宽松。

基于步骤305的判断结果，如果满足预定条件，也即，离散度小于第一阈值，则执行步骤307，将该组输出的平均值确定为陀螺仪的零偏误差。其中，该组输出的平均值可以是例如该组输出的算术平均值，本领域普通技术人员可以理解，此处的平均值可以是任何已知的或者本发明的申请日之后开发的表示一组数据平均值的数学量。

反之，如果不满足预定条件，也即，离散度大于或等于第一阈值，则执行步骤309，获取该陀螺仪的另一组输出，并且对该另一组输出重复执行上述步骤303-305。该另一组输出与之前的一组输出之间的关系将在下文中详细描述。

在图3所示的实施例中，因为判断一组输出的离散度是否满足预定条件，可以通过改变预定条件，使该确定陀螺仪零偏误差的方法适用于测试要求不同的场合，即该方法具有更大的灵活性。

进一步地，因为对一组输出的离散度进行判断，防止了由于机械振动、电磁干扰等原因而在输出中引入过大的噪声，从而保证该组输出反映的是在没有偶然事件发生时的静止状态，进而得到的零偏误差更接近真实值。

需要说明的是，预定条件可以具有多种形式，图4示出了图3所示的实施例的一个变化例，其中，图4与图3的区别在于，在步骤305’中，判断陀螺仪的输出离散度是否不大于第一预定值。

以下结合图5和图6详细描述相邻两组输出的样本点之间的关系。

如图5所示，在例如图3的步骤301中获得的陀螺仪的一组输出作为元素X1，X2，...X6存储在队列中，如果X1，X2，...X6的离散度不满足预定条件，例如不小于第一预定值，则获得陀螺仪的另一组输出，具体地，X1出队、X7入队，从而元素X2，X3，...X7构成该另一组输出。其中，X1，X2，...X7分别对应陀螺仪依次输出的角速度。在该相邻的两组输出中，样本点X2，X3，...X6是相同的。

图6示出了图3的相邻两组输出的样本点的另一个例子。在例如图3的步骤301中获得的陀螺仪的一组输出作为元素X1，X2，...X6存储在队列中，如果X1，X2，...X6的离散度不满足预定条件，例如不小于第一预定值，则获得陀螺仪的另一组输出，具体地，X1、X2、X3、X4出队、X7、X8、X9、X10入队，从而元素X5，X6，...X10构成该另一组输出。其中，X1，X2，...X10分别对应陀螺仪依次输出的角速度。在该相邻的两组输出中，仅样本点X5，X6是相同的。

本领域的技术人员理解，两个相邻组的样本点也可以完全不同。

图7示出了根据本发明的确定陀螺仪零偏误差的方法的另一个实施例的流程图。以下参考图7描述该实施例。

在步骤701中，获取待测试零偏误差的陀螺仪的一组输出。需要说明的是，该输出可以是从陀螺仪直接读取的，也可以是从耦接到陀螺仪的存储器的队列或者堆栈中获取，例如，存储器的一个队列用于保存来自陀螺仪的输出，当需要测试零偏误差时即从该存储器的队列中获取陀螺仪的输出。此外，陀螺仪的输出既可以通过例如电缆、光纤的有线传输介质传输，也可以通过例如微波的无线传输介质传输。

然后，在步骤703中，确定该组输出的离散度。本领域的技术人员理解，表征一组数据的离散度的方法可以有多种，例如，方差、标准差、离均差平方和等，可以使用任何已知的或者在本发明的申请日之后研究得到的表征数据离散度的方法确定陀螺仪的输出的离散度。在一个例子中，该陀螺仪的一组输出包括10个样本点{X1，X2，...X10}，采用标准差确定该输出的离散度，离散度α用下式表示：

α = \sqrt{Σ_{i = 1}^{10} {(Xi - X)}^{2} / 9}

其中，X是该10个样本点的算术平均值。

接下来，在步骤705中，判断该离散度是否满足预定条件，在该流程图中，步骤705示出为判断该离散度是否小于第一预定值，因此在该例子中，预定条件是小于第一预定值。其中该第一预定值可以是根据实际需要确定的常量。例如，在要求陀螺仪处于“绝对”静止时才对其进行零偏测试的情形下，可以将第一预定值设定得较小，即预定条件较严格，如果输出的离散度大于该第一预定值则认为陀螺仪没有处于充分静止的状态或者周围的干扰较大，从而不对陀螺仪进行零偏测试。在要求陀螺仪处于“近似”静止时就可以对其进行零偏测试的情形下，可以将第一预定值设定得较大，即预定条件较宽松。

基于步骤705的判断结果，如果满足预定条件，则执行步骤707，将该组输出的平均值确定为陀螺仪的零偏误差，并且基于该离散度更新预定条件。其中，在预定条件是小于第一预定值时，基于该离散度更新预定条件是以该离散度更新第一预定值。其中，该组输出的平均值可以是例如该组输出的算术平均值，本领域普通技术人员可以理解，此处的平均值可以是任何已知的或者本发明的申请日之后开发的表示一组数据平均值的数学量。在执行完步骤707之后，继续执行步骤709，获取该陀螺仪的另一组输出，并且对该另一组输出重复执行上述步骤703-705。

基于步骤705的判断结果，如果不满足预定条件，则执行步骤709，获取该陀螺仪的另一组输出，并且对该另一组输出重复执行上述步骤703-705。

在图7所示的实施例中，因为判断一组输出的离散度是否满足预定条件，可以通过改变预定条件，使该确定陀螺仪零偏误差的方法适用于测试要求不同的场合，即该方法具有更大的灵活性。

此外，该方法允许在陀螺仪仍然处于运动状态时就开始测试，随着陀螺仪趋于静止，该方法得到的零偏误差将不断逼近真实值。以下详细描述该过程，将第一预定值设定为无穷大或者足够大，因此在步骤705中，判断陀螺仪的输出离散度小于该第一预定值，从而在步骤707中将第一预定值限定为该输出离散度，并且将该输出平均值确定为零偏误差，如果陀螺仪趋于静止，接下来获得的陀螺仪的多组输出的离散度将会越来越小，直至陀螺仪达到静止状态、离散度达到最小值，在步骤707中，将第一预定值限定为最小的输出离散度，并且将对应此状态下的输出平均值确定为零偏误差。如果此后陀螺仪又回到不稳状态，其输出离散度大于第一预定值，因此零偏误差将保持为陀螺仪达到静止状态时的输出平均值。

此外，该方法可以用于实时确定陀螺仪的零偏误差，并且在陀螺仪的零偏误差变小的情况下，例如，陀螺仪的外围电路更换的情况、或者环境温度降低的情况，该方法可以跟踪陀螺仪零偏误差的变化。

需要说明的是，预定条件可以具有多种形式，图8示出了图7所示的实施例的一个变化例，其中，图8与图7的区别在于，在步骤705’中，判断陀螺仪的输出离散度是否不大于第一预定值。

图9示出了图7所示的实施例的另一个变化例的流程图，如图所示，图9和图7的区别在于，步骤709’包括将第一预定值增加第一常数，例如增加常数1，该步骤使得在每读取另一组输出时第一预定值得到放宽。该步骤在随着环境温度的变化、或者外围电路的变化、或者陀螺仪自身的退化、或者其他外部或内部因素引起的陀螺仪零偏误差产生漂移的情况下特别有用。例如，在随着环境温度的升高，陀螺仪的零偏误差也升高，同时陀螺仪的输出噪声也增加的情况下，由于在每读取另一组输出时第一预定值得到放宽，即使高温环境中的输出离散度增加，该高温环境下的离散度仍能小于逐渐增大的第一预定值，从而该高温环境下的零偏误差可以获得更新。

因此，除了能够实现图7的实施例的优点，图9的实施例还允许在陀螺仪的零偏误差产生漂移、同时输出离散度增加的情况下，零偏误差更新到当前值。

需要说明的是，步骤709’中的“常数”可以是任何适合的值，并且可以根据实际需要而调节。例如，在预计环境温度变化较大的应用中，可以将该常数设置的较大，从而离散度发生变化的输出的平均值将更“容易”更新为零偏误差。

还需要说明的是，“将第一预定值增加第一常数”这一操作不限于在步骤709’中进行，该操作可以在根据本发明的确定陀螺仪零偏误差的方法中的任何适合的时候进行。

图10示出了图7所示的实施例的步骤709的一个示例性流程图，如图所示，步骤709包括子步骤1001、1002和1003。

在步骤1001中，判断时间间隔是否大于第一预定时间，如果大于该第一预定时间，则执行步骤1002，从陀螺仪读取输出并放入队列，如果不大于该第一预定时间，则继续等待。接着，在步骤1003中，判断存放陀螺仪输出的队列是否已满，如果该队列已满说明已经有足够的样本点，即进行步骤703。该第一预定时间的设置保证了样本点之间不会过于密集。

图11示出了采用图10的方法实时确定的陀螺仪零偏误差的曲线。其中，图(a)中的黑线是在温度从30℃变化到40℃再变化到20℃过程中陀螺仪的Y轴输出，白线是采用图10方法确定的Y轴零偏误差曲线；图(b)中的黑线是在温度从30℃变化到40℃再变化到20℃过程中陀螺仪的Z轴输出，白线是采用图10方法确定的Z轴零偏误差曲线。可以看出，所确定的零偏误差曲线较好地跟随温度变化。

图12示出了根据本发明的另一个方面的确定陀螺仪零偏误差的装置的一个实施例的方框图。如图所示，确定陀螺仪零偏误差的装置1201包括接收单元1202和耦接至接收单元1202的处理单元1203。以下结合图3描述装置1201的运行。

在步骤301中，耦接至陀螺仪1204的接收单元1202从陀螺仪1204获取一组输出。需要说明的是，陀螺仪1204的输出既可以通过例如电缆、光纤的有线传输介质传输至接收单元1202，也可以通过例如微波的无线传输介质传输至接收单元1202。还需要说明的是，陀螺仪1204的输出可以是从陀螺仪1204直接传输给接收单元1202，也可以是经由耦接在陀螺仪1204和接收单元1202之间的存储器(未示出)的队列或者堆栈存储、之后传输给接收单元1202。该接收单元1202可以是，例如，I/O端口，其耦接至一个外部存储器，该存储器的一个队列用于保存来自陀螺仪1204的输出，当需要测试零偏误差时，处理单元1203启用该I/O端口从该存储器的队列中获取陀螺仪1204的输出。

然后，在步骤303中，处理单元1203确定该输出的离散度。本领域的技术人员理解，表征一组数据的离散度的方法可以有多种，例如，方差、标准差、离均差平方和等，可以使用任何已知的或者在本发明的申请日之后研究得到的表征数据离散度的方法确定陀螺仪的输出的离散度。在一个例子中，该陀螺仪的一组输出包括10个样本点{X1，X2，...X10}，采用标准差确定该输出的离散度，离散度α用下式表示：

α = \sqrt{Σ_{i = 1}^{10} {(Xi - X)}^{2} / 9}

其中，X是该10个样本点的算术平均值。

接下来，在步骤305中，处理单元1203判断该离散度是否满足预定条件，在该流程图中，步骤305示出为判断该离散度是否小于第一预定值，因此在该例子中，预定条件是小于第一预定值。其中该第一预定值可以是根据实际需要确定的常量。例如，在要求陀螺仪处于“绝对”静止时才对其进行零偏测试的情形下，可以将第一预定值设定得较小，即预定条件较严格，如果输出的离散度大于该第一预定值则认为陀螺仪没有处于充分静止的状态或者周围的干扰较大，从而不对陀螺仪进行零偏测试。在要求陀螺仪处于“近似”静止时就可以对其进行零偏测试的情形下，可以将第一预定值设定得较大，即预定条件较宽松。

基于步骤305的判断结果，如果满足预定条件，处理单元1203则执行步骤307，将输出的平均值确定为陀螺仪的零偏误差；反之，如果不满足预定条件，处理单元1203则执行步骤309，获取该陀螺仪的另一组输出，并且对该另一组输出重复执行步骤303-305，其中，输出的平均值可以是任何已知的或者本发明的申请日之后开发的表示一组数据平均值的数学量。

在图12所示的实施例中，因为装置1201判断一组输出的离散度是否满足预定条件，可以通过改变预定条件，使该装置1201适用于测试要求不同的场合。

进一步地，因为装置1201对一组输出的离散度进行判断，防止了由于机械振动、电磁干扰等原因而在输出中引入过大的噪声，从而保证该组输出反映的是在没有偶然事件发生时的静止状态，进而得到的零偏误差更接近真实值。

需要说明的是，预定条件可以具有多种形式，处理单元1203可以在步骤305中判断陀螺仪的输出离散度是否不大于第一预定值。

本领域的技术人员应当理解，处理单元1203可以采用任何已知的或者在本发明的申请日之后开发的硬件实现，例如，MCU、FPGA、DSP等。

在一个实施例中，提供了一种系统1301，如图13所示，其包括图12所示的陀螺仪1204和确定陀螺仪误差的装置1201。

图14示出了确定陀螺仪零偏误差的装置的另一个实施例的方框图。如图所示，确定陀螺仪零偏误差的装置1401包括接收单元1402，耦接至接收单元1402的计算单元1403，以及耦接至接收单元1402及其计算单元1403的判断单元1404。以下结合图3描述装置1401的运行。

在步骤301中，耦接至陀螺仪1405的接收单元1402从陀螺仪1405获取一组输出。需要说明的是，陀螺仪1405的输出既可以通过例如电缆、光纤的有线传输介质传输至接收单元1402，也可以通过例如微波的无线传输介质传输至接收单元1402。还需要说明的是，陀螺仪1405的输出可以是从陀螺仪1405直接传输给接收单元1402，也可以是经由耦接在陀螺仪1405和接收单元1402之间的存储器(未示出)的队列或者堆栈存储、之后传输给接收单元1402。该接收单元1402可以是，例如，I/O端口，耦接至一个外部存储器，该存储器的一个队列用于保存来自陀螺仪1405的输出，当需要测试零偏误差时，判断单元1404启用该I/O端口从该存储器的队列中获取陀螺仪1405的输出。

然后，在步骤303中，计算单元1403确定该输出的离散度。

接下来，在步骤305中，判断单元1404接收计算单元1403所确定的输出离散度，且判断该离散度是否满足预定条件并且将该判断结果提供给接收单元1402或者计算单元1403。在该流程图中，步骤305示出为判断该离散度是否小于第一预定值，因此在该例子中，预定条件是小于第一预定值。

如果判断结果为离散度满足预定条件，判断单元1404将该判断结果提供给计算单元1403，计算单元1403执行步骤307，将输出的平均值确定为陀螺仪的零偏误差。

如果判断结果为离散度不满足预定条件，判断单元1404将该判断结果提供给接收单元1402，接收单元1402执行步骤309，获取该陀螺仪1405的另一组输出，继而计算单元140和判断单元1404对该另一组输出重复执行步骤303-305。

在一个实施例中，提供了一种系统1501，如图所示，其包括图14所示的陀螺仪1405和确定陀螺仪误差的装置1401。

图16示出了根据本发明的另一个方面的确定陀螺仪零偏误差的装置的另一个实施例的方框图。如图所示，确定陀螺仪零偏误差的装置1601包括接收单元1602和耦接至接收单元1602的处理单元1603。以下结合图7描述装置1601的运行。

在步骤701中，耦接至陀螺仪1604的接收单元1602从陀螺仪1604获取一组输出。需要说明的是，陀螺仪1604的输出既可以通过例如电缆、光纤的有线传输介质传输至接收单元1602，也可以通过例如微波的无线传输介质传输至接收单元1602。还需要说明的是，陀螺仪1604的输出可以是从陀螺仪1604直接传输给接收单元1602，也可以是经由耦接在陀螺仪1604和接收单元1602之间的存储器(未示出)的队列或者堆栈存储、之后传输给接收单元1602。该接收单元1602可以是，例如，I/O端口，耦接至一个外部存储器，该存储器的一个队列用于保存来自陀螺仪1604的输出，当需要测试零偏误差时，处理单元1603启用该I/O端口从该存储器的队列中获取陀螺仪1604的输出。

然后，在步骤703中，处理单元1603确定该输出的离散度。本领域的技术人员理解，表征一组数据的离散度的方法可以有多种，例如，方差、标准差、离均差平方和等，可以使用任何已知的或者在本发明的申请日之后研究得到的表征数据离散度的方法确定陀螺仪的输出的离散度。在一个例子中，该陀螺仪的一组输出包括10个样本点{X1，X2，...X10}，采用标准差确定该输出的离散度，离散度α用下式表示：

α = \sqrt{Σ_{i = 1}^{10} {(Xi - X)}^{2} / 9}

其中，X是该10个样本点的算术平均值。

接下来，在步骤705中，处理单元1603判断该离散度是否满足预定条件，在该流程图中，步骤705示出为判断该离散度是否小于第一预定值，因此在该例子中，预定条件是小于第一预定值。其中该第一预定值可以是根据实际需要确定的常量。例如，在要求陀螺仪处于“绝对”静止时才对其进行零偏测试的情形下，可以将第一预定值设定得较小，即预定条件较严格，如果输出的离散度大于该第一预定值则认为陀螺仪没有处于充分静止的状态或者周围的干扰较大，从而不对陀螺仪进行零偏测试。在要求陀螺仪处于“近似”静止时就可以对其进行零偏测试的情形下，可以将第一预定值设定得较大，即预定条件较宽松。

基于步骤705的判断结果，如果满足预定条件，处理单元1603则执行步骤707，将输出的平均值确定为陀螺仪的零偏误差，并且基于该离散度更新预定条件。其中，在预定条件是小于第一预定值时，处理单元1603基于该离散度更新预定条件是以该离散度更新第一预定值。在执行完步骤707之后处理单元1603继续执行步骤709，从接收单元1602接收该陀螺仪1604的另一组输出，并且对该另一组输出重复执行步骤703-705。

基于步骤705的判断结果，如果不满足预定条件，处理单元1603则执行步骤709，从接收单元1602获取该陀螺仪的另一组输出，并且对该另一组输出重复执行步骤703-705。其中，输出的平均值可以是任何已知的或者本发明的申请日之后开发的表示一组数据平均值的数学量。

在图16所示的实施例中，因为处理单元1603判断一组输出的离散度是否满足预定条件，可以通过改变预定条件，使该确定陀螺仪零偏误差的装置1601适用于测试要求不同的场合。

进一步地，因为处理单元1603对一组输出的离散度进行判断，防止了由于机械振动、电磁干扰等原因而在输出中引入过大的噪声，从而保证该组输出反映的是在没有偶然事件发生时的静止状态，进而得到的零偏误差更接近真实值。

此外，该装置1601允许在陀螺仪仍然处于运动状态时就开始测试，随着陀螺仪趋于静止，该装置1601得到的零偏误差将不断逼近真实值。以下详细描述该过程，将第一预定值设定为无穷大或者足够大，因此在步骤705中，处理单元1603判断陀螺仪的输出离散度小于该第一预定值，从而在步骤707中将第一预定值限定为该输出离散度，并且将该输出平均值确定为零偏误差，如果陀螺仪趋于静止，接下来获得的陀螺仪的多组输出的离散度将会越来越小，直至陀螺仪达到静止状态、离散度达到最小值，在步骤707中，处理单元1603将第一预定值限定为最小的输出离散度，并且将对应此状态下的输出平均值确定为零偏误差。如果此后陀螺仪又回到不稳状态，其输出离散度大于第一预定值，因此零偏误差将保持为陀螺仪达到静止状态时的输出平均值。

此外，装置1601可以用于实时确定陀螺仪的零偏误差，并且在陀螺仪的零偏误差变小的情况下，例如，陀螺仪的外围电路更换的情况、或者环境温度降低的情况，装置1601可以跟踪陀螺仪零偏误差的变化。

需要说明的是，预定条件可以具有多种形式，在步骤705’中，处理单元1603判断陀螺仪的输出离散度是否不大于第一预定值。

在一个实施例中，处理单元1603还配置成将第一预定值增加第一常数。参考图9，处理单元1603执行步骤709’，将第一预定值增加第一常数，例如增加常数1，从而使得在每读取另一组输出时第一预定值得到放宽。在随着环境温度的变化、或者外围电路的变化、或者陀螺仪自身的退化、或者其他外部或内部因素引起的陀螺仪零偏误差产生漂移的情况下特别有用。例如，在随着环境温度的升高，陀螺仪的零偏误差也升高，同时陀螺仪的输出噪声也增加的情况下，由于在每读取另一组输出时第一预定值得到放宽，即使高温环境中的输出离散度增加，该高温环境下的离散度仍能小于逐渐增大的第一预定值，从而该高温环境下的零偏误差可以获得更新。

因此，装置1601还允许在陀螺仪的零偏误差产生漂移、同时输出离散度增加的情况下，零偏误差更新到当前值。

需要说明的是，“常数”可以是任何适合的值，并且可以根据实际需要而调节。例如，在预计环境温度变化较大的应用中，可以将该常数设置的较大，从而离散度发生变化的输出的平均值将更“容易”更新为零偏误差。

本领域的技术人员应当理解，处理单元1603可以采用任何已知的或者在本发明的申请日之后开发的硬件实现，例如，MCU、FPGA、DSP等。

在一个实施例中，提供了一种系统1701，如图17所示，其包括图16所示的陀螺仪1604和确定陀螺仪误差的装置1601。

图18示出了确定陀螺仪零偏误差的装置的另一个实施例的方框图。如图所示，确定陀螺仪零偏误差的装置1801包括接收单元1802，耦接至接收单元1802的计算单元1803，以及耦接至接收单元1802及其计算单元1803的判断单元1804。以下结合图7描述装置1801的运行。

在步骤701中，耦接至陀螺仪1805的接收单元1802从陀螺仪1805获取一组输出。需要说明的是，陀螺仪1805的输出既可以通过例如电缆、光纤的有线传输介质传输至接收单元1802，也可以通过例如微波的无线传输介质传输至接收单元1802。还需要说明的是，陀螺仪1405的输出可以是从陀螺仪1405直接传输给接收单元1802，也可以是经由耦接在陀螺仪1805和接收单元1802之间的存储器(未示出)的队列或者堆栈存储、之后传输给接收单元1802。该接收单元1802可以是，例如，I/O端口，耦接至一个外部存储器，该存储器的一个队列用于保存来自陀螺仪1805的输出，当需要测试零偏误差时，判断单元1804启用该I/O端口从该存储器的队列中获取陀螺仪1805的输出。

然后，在步骤703中，计算单元1803计算该输出的离散度。

接下来，在步骤705中，判断单元1804判断该离散度是否满足预定条件，在该流程图中，步骤705示出为判断该离散度是否小于第一预定值，因此在该例子中，预定条件是小于第一预定值。

基于步骤705的判断结果，如果满足预定条件，判断单元1804将判断结果提供给计算单元1803，计算单元1803执行步骤707，将输出的平均值确定为陀螺仪的零偏误差，并且基于该离散度更新预定条件。其中，在预定条件是小于第一预定值时，计算单元1803基于该离散度更新预定条件是以该离散度更新第一预定值。在执行完步骤707之后计算单元1803继续执行步骤709，从接收单元1802接收该陀螺仪1805的另一组输出，并且对该另一组输出重复执行步骤703-705。

基于步骤705的判断结果，如果不满足预定条件，判断单元1804将判断结果提供给接收单元1802，接收单元1802执行步骤709，从陀螺仪1805获取另一组输出，并且对该另一组输出重复执行步骤703-705。

在一个实施例中，计算单元1803还配置成将第一预定值增加第一常数。参考图9，计算单元1803执行步骤709’，将第一预定值增加第一常数，例如增加常数1，从而使得在每读取另一组输出时第一预定值得到放宽。在随着环境温度的变化、或者外围电路的变化、或者陀螺仪自身的退化、或者其他外部或内部因素引起的陀螺仪零偏误差产生漂移的情况下特别有用。例如，在随着环境温度的升高，陀螺仪的零偏误差也升高，同时陀螺仪的输出噪声也增加的情况下，由于在每读取另一组输出时第一预定值得到放宽，即使高温环境中的输出离散度增加，该高温环境下的离散度仍能小于逐渐增大的第一预定值，从而该高温环境下的零偏误差可以获得更新。

因此，装置1801还允许在陀螺仪的零偏误差产生漂移、同时输出离散度增加的情况下，零偏误差更新到当前值。

在一个实施例中，提供了一种系统1901，如图19所示，其包括图18所示的陀螺仪1805和确定陀螺仪误差的装置1801。

在本公开中，为示范目的，装置实施例的运作参照方法实施例描述。然而，应该理解本公开中装置的运作和方法的实现互相独立。也就是说，所公开的装置实施例可以依照其他方法运作，所公开的方法实施例可以通过其他装置实现。

本领域技术人员还将容易地理解的是，材料和方法可以变化，同时仍然处于本发明的范围之内。还应理解的是，除了用来示出实施方式的具体上下文之外，本发明提供了多种可应用的创造性构思。因此，所附权利要求意在将这些过程、机器、制品、组合物、装置、方法或者步骤包括在其范围之内。

Claims

1.一种确定陀螺仪零偏误差的方法，包括以下步骤：

a.获取陀螺仪的一组输出；

b.确定所述输出的离散度；

c.判断所述离散度是否满足预定条件，并且基于所述判断结果执行步骤d或e；

d.当所述离散度满足预定条件时，将所述输出的平均值确定为所述陀螺仪的零偏误差；

e.当所述离散度不满足所述预定条件时，获取所述陀螺仪的另一组输出，并且对所述另一组输出重复执行上述步骤b至c。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定条件包括以下任一项：

-小于第一预定值；

-不大于所述第一预定值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离散度是标准差。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平均值是算术平均值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所获取的相邻两组输出中的样本点部分相同。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一预定值是常量。

7.一种确定陀螺仪零偏误差的方法，包括以下步骤：

a.获取陀螺仪的一组输出；

b.确定所述输出的离散度；

d.当所述离散度满足预定条件时，将所述输出的平均值确定为所述陀螺仪的零偏误差，并基于所述离散度更新所述预定条件，继而执行步骤f；

e.当所述离散度不满足所述预定条件时，直接执行步骤f；

f.获取所述陀螺仪的另一组输出，并且对所述另一组输出重复执行所述步骤b至f。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预定条件包括以下任一项：

-小于第一预定值；

-不大于所述第一预定值，

其中，所述步骤d中的基于所述离散度更新所述预定条件的步骤包括：以所述离散度更新所述第一预定值。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤f还包括：

将所述第一预定值增加第一常数。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述离散度是标准差.

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述平均值是算术平均值。

12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所获取的相邻两组输出中的样本点部分相同。

13.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述输出中的各样本点之间是间隔第一预定时间从所述陀螺仪读取的。

14.一种确定陀螺仪零偏误差的装置，包括：

接收单元，配置成从陀螺仪获取一组输出；以及

处理单元，其耦接至所述接收单元以接收所述输出，且配置成：

确定所述输出的离散度；

判断所述离散度是否满足预定条件，

当所述离散度满足预定条件时，将所述输出的平均值确定为所述陀螺仪的零偏误差；或者

当所述离散度不满足预定条件时，控制所述接收单元从所述陀螺仪获取另一组输出。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述预定条件包括以下任一项：

-小于第一预定值；

-不大于第一预定值。

16.一种系统，包括：

陀螺仪；以及

根据权利要求14或15所述的确定陀螺仪误差的装置，其耦接至所述陀螺仪。

17.一种确定陀螺仪零偏误差的装置，包括：

接收单元，配置成从陀螺仪获取一组输出；

计算单元，其耦接至所述接收单元以接收所述输出，且配置成基于所述输出计算所述输出的离散度；

判断单元，耦接至所述计算单元以接收所述离散度，且配置成判断所述离散度是否满足预定条件，并将所述判断结果提供给所述接收单元或所述计算单元；

其中，当所述判断结果为所述离散度满足预定条件时，所述计算单元响应于所述判断结果计算所述输出的平均值作为所述陀螺仪的零偏误差；当所述判断结果为所述离散度不满足预定条件时，所述接收单元响应于所述判断结果从所述陀螺仪获取另一组输出。

18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述预定条件包括以下任一项：

-小于第一预定值；

-不大于第一预定值。

19.一种系统，包括：

陀螺仪；以及

根据权利要求17或18所述的确定陀螺仪误差的装置，其耦接至所述陀螺仪。

20.一种确定陀螺仪零偏误差的装置，包括：

接收单元，配置成从陀螺仪获取一组输出；

确定所述组输出的离散度；

判断所述离散度是否满足预定条件，

当所述离散度满足预定条件时，将所述输出的平均值确定为所述陀螺仪的零偏误差，并基于所述离散度更新所述预定条件，继而控制所述接收单元从所述陀螺仪获取另一组输出，

当所述离散度不满足所述预定条件时，控制所述接收单元从所述陀螺仪获取另一组输出。

21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述预定条件包括以下任一项：

-小于第一预定值；

-不大于第一预定值。

其中，所述处理单元基于所述离散度更新所述预定条件包括：以所述离散度更新所述第一预定值。

22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述处理单元还配置成：将所述第一预定值增加第一常数。

23.一种系统，包括：

陀螺仪；以及

根据权利要求20或21所述的确定陀螺仪误差的装置，其耦接至所述陀螺仪。

24.一种确定陀螺仪零偏误差的装置，包括：

接收单元，配置成从陀螺仪获取一组输出；

其中，当所述判断结果为所述离散度满足预定条件时，所述计算单元响应于所述判断结果计算所述输出的平均值作为所述陀螺仪的零偏误差，并且基于所述离散度更新所述预定条件，继而所述接收单元从所述陀螺仪获取另一组输出；当所述判断结果为所述离散度不满足预定条件时，所述接收单元响应于所述判断结果从所述陀螺仪获取另一组输出。

25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述预定条件包括以下任一项：

-小于第一预定值；

-不大于第一预定值。

其中，所述计算单元基于所述离散度更新所述预定条件包括：以所述离散度更新所述第一预定值。

26.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述计算单元还配置成：将所述第一预定值增加第一常数。

27.一种系统，包括：

陀螺仪；以及

根据权利要求24或25所述的确定陀螺仪误差的装置，其耦接至所述陀螺仪。