CN105180929A - 一种车载惯性导航系统中惯性传感器的安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种车载用惯性导航系统惯性传感器安装方法，其中所述系统由3个3轴陀螺仪、3个3轴加速度计组成，通过allan方差分析法，分别计算出3个陀螺仪、3个加速度计共18个轴的零偏不稳定性，将6个零偏不稳定性能最优的轴向分别安装指向车体的前向、右向、下向，其余的12个轴的输出分别按照零偏不稳定性能的优劣分配相应的权重，作为本发明所述车载惯性导航系统的备份输入，当最优轴向出现故障时，采用上述变权处理的次优轴向的输出可以作为所述惯性导航系统的备份输入，使得在零偏不稳定性能最优轴出现故障时有其它备份输入，提高了惯性导航系统的可靠性和精度，具有极高的实用性。

Description

一种车载惯性导航系统中惯性传感器的安装方法

技术领域

本发明涉及惯性导航领域，尤其涉及一种车载用惯性导航系统中惯性传感器的安装方法。

背景技术

微机电系统（MEMS）惯性传感器是惯性导航领域内被广泛使用的一种传感器，其具有体积小、重量轻、低成本、高可靠性且寿命长等特点。MEMS惯性器件(陀螺仪、加速度计)普遍存在着精度较低、噪声大等缺点，且惯性传感器各个轴向的性能表现不一致。而惯性传感器本身的误差是影响系统精度的主要因素，因此需要采取必要的措施来提高惯性导航系统的稳定性以及精度。在不更换更高精度传感器的前提下，通过增加惯性器件的个数进行冗余配置，是目前提高系统可靠性和精度的最主流的方法。该方法无法解决由于惯性传感器不同轴向的性能不一致导致的系统精度降低的问题，因此研究惯性导航系统中惯性传感器的最优安装方法对于提高系统的导航精度十分有益。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种车载用惯性导系统中惯性传感器的安装方法，旨在解决现有技术中不考虑惯性传感器不同轴向的性能不一致导致的系统精度降低的问题。

本发明的技术方案如下：

一种车载用惯性导航系统中惯性传感器的安装方法，其中，包括以下步骤：

A、惯性导航的惯性传感器采用3个3轴陀螺仪：第一陀螺仪、第二陀螺仪和第三陀螺仪，以及3个3轴加速度计：第一加速度计、第二加速度计和第三加速度计；通过allan方差分析法，分别计算出每个陀螺仪和加速度计三个轴向上的零偏不稳定性系数，并选取每个陀螺仪和加速度计中最优性能的轴；

B、将第一陀螺仪中性能最优的轴安装指向车体前向，将第一加速度计中性能最优的轴安装指向车体前向；将第二陀螺仪中性能最优的轴安装指向车体右向，将第二加速度计中性能最优的轴安装指向车体右向；将第三陀螺仪中性能最优的轴安装指向车体下向,将第三加速度计中性能最优的轴安装指向车体下向；

C、将每个陀螺仪和加速度计中其余两个性能次优的轴分别按照零偏不稳定性能的优劣安装指向车体的前向、后向或下向，作为惯性导航系统的备份输入。

所述车载惯性导航系统中惯性传感器的安装方法，其中，所述步骤C具体包括：

C1、将第一陀螺仪中其余两个轴分别安装指向车体右向和下向，将第一加速度计中其余两个轴分别安装指向车体右向和下向;

C2、将第二陀螺仪中其余两个轴分别安装指向车体前向和下向，将第二加速度计中其余两个轴分别安装指向车体前向和下向；

C3、将第三陀螺仪中其余两个轴分别安装指向车体前向和右向，将第三加速度计中其余两个轴分别安装指向车体前向和右向。

有益效果：本发明所述一种车载惯性导航系统中惯性传感器的安装方法，其中所述系统由3个3轴陀螺仪、3个3轴加速度计组成，通过allan方差分析法，分别计算出3个陀螺仪、3个加速度计共18个轴的零偏不稳定性，将6个零偏不稳定性能最优的轴向分别设置指向车体的前向、右向、下向，其余的12个轴的输出分别按照零偏不稳定性能的优劣分配相应的权重，作为本发明所述车载惯性导航系统的备份输入，当最优轴向出现故障时，采用上述变权处理的次优轴向的输出可以作为所述惯性导航系统的备份输入，使得在零偏不稳定性能最优轴出现故障时有其它备份输入，保持惯性导航系统的可靠性和精度，具有极高的实用性。

附图说明

图1为本发明所述车载用惯性导航系统惯性传感器安装方法的流程图。

图2为本发明所述车载用惯性导航系统惯性传感器安装方法中步骤S300的具体流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参见图1，如图1所示，本发明提供一种车载惯性导航系统中惯性传感器的安装方法，其包括以下步骤：

S100、惯性导航系统的惯性传感器采用3个3轴陀螺仪：第一陀螺仪、第二陀螺仪和第三陀螺仪，以及3个3轴加速度计：第一加速度计、第二加速度计和第三加速度计；分别计算出3个陀螺仪和3个加速度计各个轴向上的零偏不稳定性系数，并选取每个陀螺仪和加速度计中最优性能的轴；

S200、将第一陀螺仪中性能最优的轴安装指向车体前向，将第一加速度计性能最优的轴安装指向车体前向；将第二陀螺仪性能最优的轴安装指向车体右向，将第二加速度计性能最优的轴安装指向车体右向；将第三陀螺仪性能最优的轴安装指向车体下向,将第三加速度计性能最优的轴安装指向车体下向；

S300、将每个陀螺仪和加速度计中其余两个性能次优的轴分别按照零偏不稳定性能的优劣安装指向车体的前向、后向或下向上，作为指向车体的备份输入。

本发明中惯性导航系统由3个3轴陀螺仪和3个3轴加速度计组成，通过allan方差分析法，分别计算出3个陀螺仪、3个加速度计共18个轴的零偏不稳定性系数，将6个零偏不稳定性能最优的轴向分别安装指向车体的前向、右向、下向，其余的12个轴的输出分别按照零偏不稳定性能的优劣分配相应的权重，作为本发明所述车载惯性导航系统的备份输入，当最优轴向出现故障时，采用上述变权处理的次优轴向的输出可以作为所述惯性导航系统的备份输入，使得在零偏不稳定性能最优轴出现故障时有其它备份输入，提高了惯性导航系统的可靠性和精度，具有极高的实用性。

具体地，在步骤S100中，本实施例采用allan方差分析的方法对3个陀螺仪和3个加速度计进行分析，分别计算出9轴陀螺仪（即每个陀螺仪有3个轴，共有3个陀螺仪）、9轴加速度计（即每个加速度计有3个轴，共有3个加速度计）的零偏不稳定性系数。

进一步地，将第一陀螺仪gyro1的3个轴向分别记为[gx1,gy1,gz1]、将第二陀螺仪gyro2的3个轴向分别记为[gx2,gy2,gz2]、将第三陀螺仪gyro3的3个轴向分别记做[gx3,gy3,gz3]；其对应的9个轴的零偏不稳定系数分别记做：[gx_B1,gy_B1,gz_B1]、[gx_B2,gy_B2,gz_B2]、[gx_B3,gy_B3,gz_B3]。

同样地，将所述第一加速度计acc1、第二加速度计acc2和第三加速度计acc3，3个加速度计的9个轴向分别记为[ax1,ay1,az1]、[ax2,ay2,az2]、[ax3,ay3,az3]，其对应的9个轴的零偏不稳定系数分别记做：[ax_B1,ay_B1,az_B1]、[ax_B2,ay_B2,az_B2]、[ax_B3,ay_B3,az_B3]。

随后进入步骤S200中，即根据计算出的各个轴向的零偏不稳定系数选取最优性能的轴向并进行安装设置。例如：将[gx_B1,gy_B1,gz_B1]三个系数（指的是零偏不稳定系数，下同）对应的性能最优的轴记作g1_optimal（其中gx_B1,gy_B1,gz_B1中数值最小的为性能最优），其它两个轴记作g1_sub1,g1_sub2（其对应的零偏不稳定系数记作g1_B1,g1_B2）;同理得到g2_optimal,g2_sub1,g2_sub2（g2_sub1,g2_sub2对应的零偏不稳地系数记作g2_B1,g2_B2）;得到g3_optimal,g3_sub1,g3_sub2（g3_sub1,g3_sub2对应的零偏不稳地系数记作g3_B1,g3_B2）。

同样地，对于加速度计，得到a1_optimal,a1_sub1,a1_sub2（a1_sub1,a1_sub2对应的零偏不稳地系数记作a1_B1,a1_B2）；a2_optimal,a2_sub1,a2_sub2（a2_sub1,a2_sub2对应的零偏不稳地系数记作a2_B1,a2_B2）；a3_optimal,a3_sub1,a3_sub2（a3_sub1,a3_sub2对应的零偏不稳地系数记作a3_B1,a3_B2）。

根据计算出的各个轴向的零偏不稳定系数选取最优性能的轴向后，将第一陀螺仪gyro1性能最优的轴g1_optimal安装指向车体前向，将第一加速度计acc1性能最优的轴a1_optimal安装指向车体前向；将第二陀螺仪gyro2性能最优的轴g2_optimal安装指向车体右向，将第二加速度计acc2性能最优的轴a2_optimal安装指向车体右向；将第三陀螺仪gyro3性能最优的轴g3_optimal安装指向车体下向,将第三加速度计acc3性能最优的轴a3_optimal安装指向车体下向。

随后进入步骤S300中，如图2所示，即将每个陀螺仪和加速度计中其余两个性能次优的轴分别安装指向车体的前向、后向或下向上，作为指向车体的备份输入。具体地，将第一陀螺仪gyro1性能次优的轴g1_sub1安装指向车体右向，g1_sub2安装指向车体下向，将第一加速度计acc1性能次优的轴a1_sub1安装指向车体右向，a1_sub2安装指向车体下向;将第二陀螺仪gyro2性能次优的轴g2_sub1安装指向车体前向，g2_sub2安装指向车体下向，将第二加速度计acc2性能次优的轴a2_sub1安装指向车体前向，a2_sub2安装指向车体下向;将第三陀螺仪gyro3性能次优的轴g3_sub1安装指向车体前向，g3_sub2安装指向车体右向,将第三加速度计acc3性能次优的轴a3_sub1安装指向车体前向，a3_sub2安装指向车体右向。

本发明实施例中将g1_optimal，g2_optimal，g3_optimal轴向的输出分别作为惯导系统（即本发明中所述车载惯性导航系统，下同）前向、右向、下向陀螺仪的输入，将a1_optimal，a2_optimal，a3_optimal轴向的输出作为惯导系统中前向、右向、下向加速度计的输入。

具体地，将g2_sub1，g3_sub1轴向的输出output_g2_sub1,output_g3_sub1按照其零偏不稳定系数g2_B1，g3_B1做变权处理：使g2_B1/(g2_B1+g3_B1)*output_g2_sub1+g3_B1/(g2_B1+g3_B1)*output_g3_sub1作为惯导系统的前向陀螺仪的备份输入；将g1_sub1，g3_sub2轴向的输出output_g1_sub1,output_g3_sub2按照其零偏不稳定系数g1_B1，g3_B2做变权处理：使g1_B1/(g1_B1+g3_B2)*output_g1_sub1+g3_B2/(g1_B1+g3_B2)*output_g3_sub2作为惯导系统的右向陀螺仪的备份输入；将g1_sub2，g2_sub2轴向的输出output_g1_sub2,output_g2_sub2按照其零偏不稳定系数g1_B2，g2_B2做变权处理：使g1_B2/(g1_B2+g2_B2)*output_g1_sub2+g2_B2/(g1_B2+g2_B2)*output_g2_sub2作为惯导系统的下向陀螺仪的备份输入。

同样地，将a2_sub1，a3_sub1轴向的输出output_a2_sub1,output_a3_sub1按照其零偏不稳定系数a2_B1，a3_B1做变权处理：使a2_B1/(a2_B1+a3_B1)*output_a2_sub1+a3_B1/(a2_B1+a3_B1)*output_a3_sub1作为惯导系统的前向加速度计的备份输入；将a1_sub1，a3_sub2轴向的输出output_a1_sub1,output_a3_sub2按照其零偏不稳定系数a1_B1，a3_B2做变权处理：使a1_B1/(a1_B1+a3_B2)*output_a1_sub1+a3_B2/(a1_B1+a3_B2)*output_a3_sub2作为惯导系统的右向加速度计的备份输入；将a1_sub2，a2_sub2轴向的输出output_a1_sub2,output_a2_sub2按照其零偏不稳定系数a1_B2，a2_B2做变权处理：使a1_B2/(a1_B2+a2_B2)*output_a1_sub2+a2_B2/(a1_B2+a2_B2)*output_a2_sub2作为惯导系统的下向加速度计的备份输入。

另外，本发明还提供一种由上述安装方法安装有惯性传感器的车载用惯性导航系统，具体地，所述系统包括有3个3轴陀螺仪：第一陀螺仪、第二陀螺仪和第三陀螺仪，以及3个3轴加速度计：第一加速度计、第二加速度计和第三加速度计；其中，每个陀螺仪和加速度计的零偏不稳定性性能最优的轴分别安装指向车体的前向、右向、下向，每个陀螺仪和加速度计中其余两个零偏不稳定性性能次优的轴分别安装指向车体的前向、后向或下向上，作为指向车体的备份输入。

进一步地，所述系统具体包括：

所述第一陀螺仪中其余两个轴分别安装指向车体右向和下向，所述第一加速度计中其余两个轴分别安装指向车体右向和下向;所述第二陀螺仪中其余两个轴分别安装指向车体前向和下向，所述第二加速度计中其余两个轴分别安装指向车体前向和下向；所述第三陀螺仪中其余两个轴分别安装指向车体前向和右向，所述第三加速度计中其余两个轴分别安装指向车体前向和右向。

本发明中所述车载用惯性导航系统的实现途径请参见上述车载用惯性导航系统中惯性传感器的安装方法的步骤，在此不再赘述。

综上所述，本发明所述一种车载用惯性导航系统中惯性传感器安装方法，其中所述系统由3个3轴陀螺仪、3个3轴加速度计组成，通过allan方差分析法，分别计算出3个陀螺仪、3个加速度计共18个轴的零偏不稳定性，将6个零偏不稳定性能最优的轴向分别安装指向车体的前向、右向、下向，其余的12个轴的输出分别按照零偏不稳定性能的优劣分配相应的权重，作为本发明所述车载惯性导航系统的备份输入，当最优轴向出现故障时，采用上述变权处理的次优轴向的输出可以作为所述惯性导航系统的备份输入，使得在零偏不稳定性能最优轴出现故障时有其它备份输入，保持惯性导航系统的可靠性和精度，具有极高的实用性。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种车载用惯性导航系统中惯性传感器安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、惯性导航系统的惯性传感器采用3个3轴陀螺仪：第一陀螺仪、第二陀螺仪和第三陀螺仪，以及3个3轴加速度计：第一加速度计、第二加速度计和第三加速度计；分别计算出每个陀螺仪和加速度计在三个轴向上的零偏不稳定性系数，并选取每个陀螺仪和加速度计中最优性能的轴；

B、将第一陀螺仪中性能最优的轴安装指向车体前向，将第一加速度计中性能最优的轴安装指向车体前向；将第二陀螺仪中性能最优的轴安装指向车体右向，将第二加速度计中性能最优的轴安装指向车体右向；将第三陀螺仪中性能最优的轴安装指向车体下向,将第三加速度计中性能最优的轴安装指向车体下向；

C、将每个陀螺仪和加速度计中其余两个性能次优的轴分别按照零偏不稳定性能的优劣安装指向车体的前向、后向或下向上，作为指向车体的备份输入。

2.根据权利要求1所述车载用惯性导航系统惯性传感器安装方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：

C1、将第一陀螺仪中其余两个轴分别安装指向车体右向和下向，将第一加速度计中其余两个轴分别安装指向车体右向和下向;

C2、将第二陀螺仪中其余两个轴分别安装指向车体前向和下向，将第二加速度计中其余两个轴分别安装指向车体前向和下向；

C3、将第三陀螺仪中其余两个轴分别安装指向车体前向和右向，将第三加速度计中其余两个轴分别安装指向车体前向和右向。