CN104699881A - 一种用于惯导系统的imu数字滤波设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于惯导系统的IMU(惯性测量单元)数字滤波设计方法。本发明采取的方案为：整体统筹规划将用于惯导系统的IMU专用滤波器按类型划分为多类滤波组件，并提取每个组件的参数，设计构建出各类型滤波组件模型，形成IMU专用数字滤波组件模型库，根据不同IMU需求，通过在库中选取组件重新搭建组合以及配置参数，形成满足不同惯导系统IMU专用数据处理需求的滤波器模型，通过模型的数据仿真验证，最终确定滤波器模型，并将模型自动转换为嵌入式系统代码。这种方法实现惯导系统的IMU专用滤波器的快速、高效设计，该产品具有良好的确定性、可仿真、测试性和可扩展性，有效保证了设计、仿真和实现的一致性。

Description

一种用于惯导系统的IMU数字滤波设计方法

技术领域

本发明属于惯导系统的IMU(惯性测量单元)数据处理领域，涉及一种用于惯导系统的IMU数字滤波设计方法。

背景技术

IMU是常用于惯导系统的惯性测量组件，其数据处理根据不同的IMU及IMU装载的惯性系统不同，对惯性组件采样的信号处理滤波器会在算法结构上，参数配置上有不同的要求。在惯导系统的IMU数字信号处理滤波器的构建上，需要针对各类型号的IMU及其装载的惯导系统，分别的进行设计、仿真和验证。

原先惯性导航系统的IMU数字信号处理滤波器的构建方法如下：首先，根据IMU数字信号特点及惯导系统需获得数据需求，设计确立滤波算法；第二，根据算法新建仿真模型进行仿真，验证该算法是否可获得理想输出；第三，确立本IMU数字处理算法公式，下达软件任务书；第四，根据惯导系统嵌入软件特点编制IMU专用滤波器软件代码，加入系统软件；第五，在系统中再次验证模型的正确性。如系统中验证不理想还需返回第二步，重新进行三四五的步骤。这种设计方法缺点是仿真模型建立无知识储备，仿真模型和实现代码非同源性，会经常造成设计、仿真、实现的反复迭代。

在目前惯导系统的IMU专用滤波器设计、仿真及软件实现是脱节状态，设计成果无知识储备，且全靠人力去保证软件实现与设计的一致性，经常会带来从设计到实现的大循环迭代，耗时、耗人力，且惯导系统的IMU专用滤波器设计无以往经验知识借鉴，开发效率低，可靠性、安全性差。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于惯性导航系统的IMU专用数字滤波设计方法，该方法能提高这种数字滤波器的设计开发效率，使滤波器构建中的设计、仿真及软件实现三个过程连贯为一体，且构建了具有适合惯导系统IMU数字处理的滤波组件库，形成了专用滤波器的知识储备。这种方法不但提升设计开发效率，也增强了设计出的产品的可靠性、安全性。

技术方案

一种用于惯导系统的IMU专用数字滤波设计方法，其特征是，第一步通过对一种用于惯导系统的IMU数字滤波特点总结分析，利用软件模型化建模工具SCADE SUITE，构建出多个基本滤波计算组件模型及数据处理组件模型，从而建立惯导系统的IMU专用数字滤波组件模型库；

第二步根据某型号惯导系统IMU的数字滤波算法及参数需求，运用模型库中的滤波计算组件模型及数据处理组件模型，搭建出适合该惯导系统IMU数据处理的专用数字滤波器模型；

第三步通过模型化的设计仿真对专用数字滤波器模型进行验证；

第四步确立专用数字滤波器模型并自动转换为嵌入式系统代码。

第一步中所述的惯导系统的IMU专用数字滤波组件模型库的构建包括如下步骤：

步骤1根据IMU产生数据的时域、频域特征及惯导系统所需获得数据需求，将惯导系统的IMU数字滤波的算法总结划分为多个基本滤波算法单元；

步骤2根据划分出的多个基本滤波算法单元，确立每个基本滤波计算单元的功能及输入输出接口，并通过工具进行模型化设计，形成多个基本滤波计算组件模型；

步骤3根据惯导系统IMU采样处理数据的特点，设计多个数据处理组件模型，其功能为数据检测、数据存储、数据转换；

步骤4基本滤波计算组件模型与数据处理组件模型构成IMU专用数字滤波组件模型库。

有益效果：

本方法的优点在于：首先，通过惯导系统的IMU数字滤波特点总结分析建立惯导系统IMU专用数字滤波组件模型库，该模型库的建立实现了对专用领域的知识储备与积累，有效的指导、规范了设计人员的设计。

其次，通过模型库中的组件搭建，直接形成满足需求的惯导系统IMU专用滤波器模型，并通过模型实现动态仿真，观察验证滤波器的输出结果，最终确立滤波模型，并同时自动生成滤波器的嵌入式系统代码，从而实现了惯导系统IMU专用滤波器领域的快速设计研发。

一种用于惯导系统的IMU专用数字滤波设计方法，大大减少了设计人员的工作量及降低了设计难度，使设计、仿真、实现都基于统一模型，有效保证了设计、仿真和实现的一致性，减少了大量试验验证环节的财力、人力消耗。

附图说明

图1一种用于惯导系统的IMU专用滤波器设计方法流程

图2惯导系统的IMU专用数字滤波组件模型库构成

图3参数配置

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做详细说明，本发明在某型号惯导系统的IMU专用数字滤波器设计中应用。

某型号惯导系统的IMU专用数字滤波设计方法流程如图1所示，具体操作步骤如下：

1.建立惯导系统的IMU专用数字滤波组件模型库：根据不同类型的滤波算法建立各类型的滤波计算组件模型库（库建好后作为今后设计的知识储备）；

2.根据某种惯导系统IMU滤波器需求，搭建该惯导系统IMU专用数字滤波器模型；

3.仿真验证：给模型输入传感器信号文件，进行动态仿真，对输出数据进行分析验证；

4.确认模型的正确性后根据模型自动生成IMU专用数字滤波的嵌入式系统代码。

实施例

下面结合附图对某型号IMU专用数字滤波器设计过程进行说明：

1.根据惯导系统的IMU专用数字滤波器所用到的低通数字滤波算法及数据处理特点，用模型化设计方法建立如图2所示的IMU专用数字滤波组件模型库。其中包括数据换位，数据移位，数据乘法，数据比较，输入数据检测等数据处理组件模型，及一种用于惯导系统的IMU的专用数字滤波算法模型（low_fliter_cpu1）；该模型算法就是本次滤波输出值等于最近采样的N+1组数据分别与B0～Bn参数相乘的和，再减去前N拍滤波的输出值分别与A1～An参数相乘的和。

2.根据本型号的IMU数字滤波需求，按图3顺序配置参数：配置滤波阶数为7，滤波周期与采样周期比为10；选取图2专用组件库中的滤波计算组件low_fliter_cpu1（其他型号可能为low_fliter_cpu2…），并将本型号给出的A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7分别为：1，-6.692075321758，19.2391386315，-30.80065361816，29.65451165216，-17.16972232927，5.535291090335，-0.7664898925424；

B0、B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、分别为：1.658261629927e-9，1.160783140949e-8，3.482349422846e-8，5.803915704744e-8，0.803915704744e-8，3.482349422846e-8，1.160783140949e-8，1.658261629927e-9；的值配置到图3对应的参数A,B中；由于本型号要对6个通道进行这样的滤波处理，因此配置图3中数据处理通道数为6，加入图2中fliter_struct_input及fliter_struct_output组件模型对6个通道的输入输出信号进行结构化整合，并与low_fliter_cpu1的输入输出进行连接，完成专用滤波器模型搭建。

3.设置输入数据检测控制为有效，加入check_input_single组件，并将其输入与要检测的输入信号进行连接，完成滤波器检测环节的设计搭建。

4.在搭建好的模型基础上将IMU数据载入，进行动态仿真，对输出数据进行分析验证确认是否满足频域时域的要求。

5.根据最终验证好的滤波器模型自动生成IMU(惯性测量单元)专用数字滤波嵌入式系统代码，并加入嵌入式系统程序中。

Claims (2)

1.一种用于惯导系统的IMU数字滤波设计方法，其特征是，

第一步通过对一种用于惯导系统的IMU数字滤波特点总结分析，利用软件模型化建模工具SCADE SUITE，构建出多个基本滤波计算组件模型及数据处理组件模型，从而建立惯导系统的IMU专用数字滤波组件模型库；

第二步根据某型号惯导系统IMU的数字滤波算法及参数需求，运用模型库中的滤波计算组件模型及数据处理组件模型，搭建出适合该惯导系统IMU数据处理的专用数字滤波器模型；

第三步通过模型化的设计仿真对专用数字滤波器模型进行验证；

第四步确立专用数字滤波器模型并自动转换为嵌入式系统代码。

2.根据权利要求1所示的一种用于惯导系统的IMU数字滤波设计方法，其特征是，第一步中所述的惯导系统的IMU专用数字滤波组件模型库的构建包括如下步骤：

步骤1根据IMU产生数据的时域、频域特征及惯导系统所需获得数据需求，将惯导系统的IMU数字滤波的算法总结划分为多个基本滤波算法单元；

步骤2根据划分出的多个基本滤波算法单元，确立每个基本滤波计算单元的功能及输入输出接口，并通过工具进行模型化设计，形成多个基本滤波计算组件模型；

步骤3根据惯导系统IMU采样处理数据的特点，设计多个数据处理组件模型，其功能为数据检测、数据存储、数据转换；

步骤4基本滤波计算组件模型与数据处理组件模型构成IMU专用数字滤波组件模型库。