CN104101363A - 一种用于旋转载体横向姿态测量的陀螺仪动态标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于旋转载体横向姿态测量的陀螺仪动态标定方法，先将陀螺仪安装在旋转载体中，再将旋转载体安装在高速转台上。然后采用速率试验法，由陀螺仪误差模型辨识出陀螺仪各个方向陀螺相对于滚动方向的安装误差并得到补偿系数，将补偿系数在线写入处理器FLASH中。最后对标定结果进行判断；当标定结果在设定的补偿系数范围内时，标定有效；否则需要重新标定，直到满足要求为止。本发明不但消除了二次安装带来的安装误差，也消除了陀螺在陀螺仪中的一次安装误差，陀螺仪测量精度明显提高。标定时，将补偿系数在线写入陀螺仪内部的处理器FLASH中，不仅保存了实验数据，还避免了代码的再次烧写，大大减轻了标定工作量。

Description

一种用于旋转载体横向姿态测量的陀螺仪动态标定方法

技术领域

本发明涉及陀螺仪动态标定，尤其是用于旋转载体横向姿态测量的陀螺仪动态标定，用于提高陀螺仪测量的准确性和精度，属于惯性传感技术领域。

 

背景技术

陀螺仪是用于测量角速度的器件，其核心部件是陀螺，根据测量需要，可以在偏航、滚动和俯仰几个方向分别安装陀螺。理论上，陀螺仪各个方向的陀螺都可能有安装误差，若不消除，将影响陀螺仪的正常使用。为了消除器件自身安装误差，提高测量精度，陀螺仪在出厂前都需要进行动态标定。标定好后，再将成品陀螺仪出售给用户后，用户再将陀螺仪安装在旋转载体中。标定时，通过外部设备读取每个方向陀螺的输出，根据陀螺动态误差模型，采用速率实验法，计算出陀螺仪偏航、俯仰、滚动三个方向陀螺的误差补偿系数（对应着各个方向的安装误差），得出误差补偿系数后，再将误差补偿系数写入陀螺仪中，陀螺仪在通过公式计算并输出结果的时候，自动将安装误差以误差补偿系数的形式在公式中体现出来，从而实现对陀螺自身安装误差的标定。

现有的标定方法消除的仅仅是陀螺在陀螺仪中的安装误差，即陀螺仪自身的安装误差。然而陀螺仪安装在旋转载体中时，因为要求陀螺仪自身滚动轴与旋转载体转动中心尽量重合，故又会带来新的安装误差。由于现有的标定都是由厂家在出厂前完成的，用户自己不能进行标定，所以目前还无法对陀螺仪安装在旋转载体中的误差进行消除。由于陀螺仪随旋转载体一起工作时，绕自身滚动轴高速旋转，其转速可达15 r/s，对偏航和俯仰两个方向陀螺角速率的测量影响更为明显，因此这两个方向的陀螺相对于陀螺仪滚动轴的安装误差更需要精确消除，而传统的动态标定方法显然已经不能满足使用要求。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种用于旋转载体横向姿态测量的陀螺仪动态标定方法，采用本标定方法能消除陀螺仪因安装在旋转载体中带来的二次安装误差，同时也能消除陀螺在陀螺仪中的一次安装误差。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于旋转载体横向姿态测量的陀螺仪动态标定方法，步骤如下，

1）先将陀螺仪安装在旋转载体中，再将旋转载体安装在高速转台上，并使陀螺仪滚动轴与高速转台台面垂直；

2）然后采用速率试验法，由安装在陀螺仪内部的陀螺仪误差模型辨识出陀螺仪各个方向陀螺相对于滚动方向的安装误差并得到补偿系数，将补偿系数在线写入陀螺仪内部的处理器FLASH中；该补偿系数即为初步标定结果；

3）最后对初步标定结果的正确性进行判断；当初步标定结果在设定的补偿系数范围内时，该标定有效，初步标定结果为最终标定结果；当初步标定结果在设定的补偿系数范围外时，说明安装误差太大，标定无效，需要重新将陀螺仪安装在旋转载体中，重复步骤1）-2），直到标定结果满足要求为止。

其中第2）步速率试验法的具体步骤为，

2.1）通过计算机的操作界面向陀螺仪发送进入标定命令并设定标定转速；

2.2）陀螺仪进入标定状态后，通过计算机的操作界面向陀螺仪发送命令使陀螺仪进入第一次静态标定，得到陀螺仪上各个方向陀螺的第一次静态标定输出；

2.3）第一次静态标定完成后，设定高速转台转速及转动方向，使陀螺仪绕自身滚动轴正转；当高速转台转速达到设定转速后，通过计算机的操作界面向陀螺仪发送命令使陀螺仪进入滚动轴正转标定，得到陀螺仪上各个方向陀螺的滚动轴正转标定输出；

2.4）滚动轴正转标定完成后，设定高速转台转速及转动方向，使陀螺仪绕自身滚动轴反转；当高速转台转速达到设定转速后，通过计算机的操作界面向陀螺仪发送命令使陀螺仪进入滚动轴反转标定，得到陀螺仪上各个方向陀螺的滚动轴反转标定输出；

2.5）滚动轴反转标定完成后，停止高速转台转动；当转台保持静止状态后，通过计算机的操作界面向陀螺仪发送命令使陀螺仪进入第二次静态标定，得到陀螺仪上各个方向陀螺的第二次静态标定输出；

上述所有的陀螺仪各种状态下的标定输出都进入陀螺仪误差模型，由陀螺仪误差模型计算得到各个方向陀螺的补偿系数。

相比现有技术，本发明具有以下优点：

1、将陀螺仪安装在旋转载体中后再进行动态标定，一次标定消除了两次安装误差，不但消除了二次安装带来的安装误差，同时也消除了陀螺在陀螺仪中的一次安装误差，陀螺仪测量精度明显提高。

2、对陀螺仪进行动态标定的同时，将补偿系数在线写入陀螺仪内部的处理器FLASH中，不仅保存了实验数据，还避免了代码的再次烧写，大大减轻了标定工作量。

 

附图说明

图1-本发明标定流程图。

图2-本发明实施例的操作界面。

图3-本发明实施例的设备联接图。

 

具体实施方式

本发明用于旋转载体横向姿态测量的陀螺仪动态标定方法，步骤如下，

1）先将陀螺仪安装在旋转载体中，再将旋转载体安装在高速转台上，并使陀螺仪滚动轴与高速转台台面垂直；

2）然后采用速率试验法，由安装在陀螺仪内部的陀螺仪误差模型辨识出陀螺仪各个方向陀螺相对于滚动方向的安装误差并得到补偿系数，将补偿系数在线写入陀螺仪内部的处理器FLASH中；该补偿系数即为初步标定结果；

3）最后对初步标定结果的正确性进行判断；当初步标定结果在设定的补偿系数范围内时，该标定有效，初步标定结果为最终标定结果；当初步标定结果在设定的补偿系数范围外时，说明安装误差太大，标定无效，需要重新将陀螺仪安装在旋转载体中，重复步骤1）-2），直到标定结果满足要求为止。

其中第2）步速率试验法的具体步骤为：

2.1）通过计算机的操作界面向陀螺仪发送进入标定命令并设定标定转速；

2.2）陀螺仪进入标定状态后，通过计算机的操作界面向陀螺仪发送命令使陀螺仪进入第一次静态标定，得到陀螺仪上各个方向陀螺的第一次静态标定输出；

2.3）第一次静态标定完成后，设定高速转台转速及转动方向，使陀螺仪绕自身滚动轴正转；当高速转台转速达到设定转速后，通过计算机的操作界面向陀螺仪发送命令使陀螺仪进入滚动轴正转标定，得到陀螺仪上各个方向陀螺的滚动轴正转标定输出；

2.4）滚动轴正转标定完成后，设定高速转台转速及转动方向，使陀螺仪绕自身滚动轴反转；当高速转台转速达到设定转速后，通过计算机的操作界面向陀螺仪发送命令使陀螺仪进入滚动轴反转标定，得到陀螺仪上各个方向陀螺的滚动轴反转标定输出；

2.5）滚动轴反转标定完成后，停止高速转台转动；当转台保持静止状态后，通过计算机的操作界面向陀螺仪发送命令使陀螺仪进入第二次静态标定，得到陀螺仪上各个方向陀螺的第二次静态标定输出；

上述所有的陀螺仪各种状态下的标定输出都进入陀螺仪误差模型，由陀螺仪误差模型计算得到各个方向陀螺的补偿系数。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

在本实施例中，陀螺仪只在偏航和俯仰两个方向安装有陀螺。陀螺仪的工作特点为：陀螺仪安装在旋转载体中，随旋转载体一起绕自身滚动轴高速旋转，转速可达15 r/s。陀螺仪俯仰和偏航两个方向的陀螺有安装误差，若不消除，将影响陀螺仪的正常使用。由于陀螺仪工作时绕滚动轴高速旋转对俯仰和偏航两个方向陀螺的影响更为明显，因此这两个方向的陀螺相对于陀螺仪滚动轴的安装误差更需要精确消除。陀螺仪俯仰和偏航两个方向陀螺的安装误差可以通过速率实验法辩识出来。

图1是本发明标定流程图，如图1所示，用于旋转载体横向姿态测量的陀螺仪动态标定方法包括四个标定过程，分别是：第一次静态标定、滚动轴正转标定、滚动轴反转标定和第二次静态标定。操作者可通过图2所示操作界面控制陀螺仪的四个标定过程，并可以通过对操作界面中“自检状态字”中内容的观察，判断陀螺仪实际处于哪个标定过程，具体判断见表1。

表1 陀螺仪标定状态判定表

下面结合前期的安装和后期的判断详细阐述实施例的操作步骤。

1、将陀螺仪安装在旋转载体中，然后将旋转载体安装在高速转台上，使陀螺仪滚动轴垂直于转台台面；

2、按图3所示将设备联接好；

3、陀螺仪上电，高速转台保持静止状态；

4、在PC机上通过图2操作界面，向陀螺仪发送进入标定命令并设定标定转速，具体方法为：在“标定转速”中输入标定转速（单位：°/s），然后点击“启动”按钮；

5、陀螺仪进入标定状态后，点击“第一步：静止标定”按钮，按钮变灰，表明陀螺仪进入第一次静态标定；

6、陀螺仪第一次静态标定完成，设定高速转台转速及转动方向，使陀螺仪绕自身滚动轴正转。当转台转速达到设定标定转速后，点击“第二步：正转标定”按钮，按钮变灰，表明陀螺仪进入滚动轴正转标定；

7、陀螺仪滚动轴正转标定完成，设定高速转台转速及转动方向，使陀螺仪绕自身滚动轴反转。当转台转速达到设定标定转速后，点击“第三步：负转标定”按钮，按钮变灰，表明陀螺仪进入滚动轴反转标定；

8、陀螺仪滚动轴反转标定完成，停止转台转动。当转台保持静止状态后，点击“第四步：静止标定”按钮，按钮变灰，表明陀螺仪进入第二次静态标定；

9、陀螺仪第二次静态标定完成后，操作界面会弹出“标定成功”或“标定失败”字样。若弹出“标定成功”，则表明标定结果正确，陀螺仪断电后再上电就可以正常使用。若弹出“标定失败”，则表明标定结果错误，这种情况往往是陀螺仪在旋转载体上的安装误差过大导致的，此时陀螺仪断电后重新将其安装在旋转载体上，再上电即可重新标定，直到标定成功。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (2)

1.一种用于旋转载体横向姿态测量的陀螺仪动态标定方法，其特征在于：步骤如下，

1）先将陀螺仪安装在旋转载体中，再将旋转载体安装在高速转台上，并使陀螺仪滚动轴与高速转台台面垂直；

2）然后采用速率试验法，由安装在陀螺仪内部的陀螺仪误差模型辨识出陀螺仪各个方向陀螺相对于滚动方向的安装误差并得到补偿系数，将补偿系数在线写入陀螺仪内部的处理器FLASH中；该补偿系数即为初步标定结果；

3）最后对初步标定结果的正确性进行判断；当初步标定结果在设定的补偿系数范围内时，该标定有效，初步标定结果为最终标定结果；当初步标定结果在设定的补偿系数范围外时，说明安装误差太大，标定无效，需要重新将陀螺仪安装在旋转载体中，重复步骤1）-2），直到标定结果满足要求为止。

2.根据权利要求1所述的用于旋转载体横向姿态测量的陀螺仪动态标定方法，其特征在于：第2）步速率试验法的具体步骤为，

2.1）通过计算机的操作界面向陀螺仪发送进入标定命令并设定标定转速；

2.2）陀螺仪进入标定状态后，通过计算机的操作界面向陀螺仪发送命令使陀螺仪进入第一次静态标定，得到陀螺仪上各个方向陀螺的第一次静态标定输出；

2.3）第一次静态标定完成后，设定高速转台转速及转动方向，使陀螺仪绕自身滚动轴正转；当高速转台转速达到设定转速后，通过计算机的操作界面向陀螺仪发送命令使陀螺仪进入滚动轴正转标定，得到陀螺仪上各个方向陀螺的滚动轴正转标定输出；

2.4）滚动轴正转标定完成后，设定高速转台转速及转动方向，使陀螺仪绕自身滚动轴反转；当高速转台转速达到设定转速后，通过计算机的操作界面向陀螺仪发送命令使陀螺仪进入滚动轴反转标定，得到陀螺仪上各个方向陀螺的滚动轴反转标定输出；

2.5）滚动轴反转标定完成后，停止高速转台转动；当转台保持静止状态后，通过计算机的操作界面向陀螺仪发送命令使陀螺仪进入第二次静态标定，得到陀螺仪上各个方向陀螺的第二次静态标定输出；

上述所有的陀螺仪各种状态下的标定输出都进入陀螺仪误差模型，由陀螺仪误差模型计算得到各个方向陀螺的补偿系数。