CN105352530A - 一种惯性器件的精度测量标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种惯性器件的精度测量标定方法，包括如下步骤：步骤S1：开始；步骤S2：配置陀螺仪内部旋转轴；步骤S3：记录并标定z轴的角速度和偏航角；步骤S4：记录x轴、y轴的角速度、滚转角、俯仰角；步骤S5：标定x轴、y轴角速度及滚转角、俯仰角；步骤S6：标定结束。本发明通过在陀螺仪标定前配置陀螺仪内部旋转轴，利用坐标变换及向量分解等方法对实验数据进行处理，得到最终的标定的结果。同时，使用陀螺仪搭配姿态解算模块，一起对角度姿态进行标定，且避免了万向节死锁的情况，保证角度标定过程中姿态解算不发散，获得正确结果。

Description

一种惯性器件的精度测量标定方法
技术领域
本发明涉及惯性器件的标定技术，尤其涉及的是一种惯性器件的精度测量标定方法。
背景技术
用作导航的MEMS惯性测量单元（Inertialmeasurementunit，简称IMU）在使用之前都需要进行标定，其中陀螺仪角速度的标定采用高速转台，分别对陀螺仪三个正交旋转轴（x轴、y轴、z轴）进行测量标定。如果转台选用单轴转台，必须分别测量三次才能做完标定。
其次，用于导航的陀螺仪主要是配合姿态解算模块，将角速度转换为角度姿态输出使用。因此，对角度的标定也是十分必要的。当选用单轴转台时，需要分别标定三个旋转轴的角度（滚转角、俯仰角、偏航角）。
在标定滚转角时，需要将陀螺仪垂直放置，此时俯仰角为90°。由于姿态解算时万向节死锁的影响，陀螺仪在这种情况下会导致姿态解算发散，无法获得正确角度姿态。为了避免俯仰角90°，可以制作合适的卡具，将陀螺仪俯仰角固定在某个数值进行测量。但是这样又会引入卡具的尺寸误差，且卡具的制作、放置都比较繁琐。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种使用单周转台一次完成陀螺仪的标定，保证角度标定过程中姿态解算不发散，获得正确结果的惯性器件的精度测量标定方法。
本发明的技术方案如下：一种惯性器件的精度测量标定方法，包括如下步骤：步骤S1：开始；步骤S2：配置陀螺仪内部旋转轴：将x轴、y轴分别绕z轴旋转一定角度θ，旋转后，使x轴、y轴和z轴分别两两正交；步骤S3：记录并标定z轴的角速度和偏航角：陀螺仪搭配姿态解算模块，水平固定在转台上，以给定角速度旋转转台，记录并标定陀螺仪的角速度输出；转台转过给定角度，记录并标定姿态解算模块的偏航角输出；步骤S4：记录x轴、y轴的角速度、滚转角、俯仰角：陀螺仪搭配姿态解算模块，竖直固定在转台上，以给定角速度旋转转台，记录陀螺仪的角速度输出；转台转过给定角度，分别记录姿态解算模块的滚转角和俯仰角输出；步骤S5：标定x轴、y轴角速度及滚转角、俯仰角：将步骤S4的转台角速度按照陀螺仪内部旋转轴进行向量分解，并与对应陀螺仪x轴、y轴角速度输出进行对比分析，标定陀螺仪两个旋转轴的角速度输出；陀螺仪竖直放置时，x轴、y轴真实的滚转角固定在90°、俯仰角固定在θ不变，将x轴、y轴真实的滚转角、俯仰角与姿态解算模块的滚转角、俯仰角输出做对比分析，标定陀螺仪的滚转角和俯仰角输出；步骤S6：标定结束。
采用上述方案，本发明通过在陀螺仪标定前配置陀螺仪内部旋转轴，利用坐标变换及向量分解等方法对实验数据进行处理，得到最终的标定的结果。同时，使用陀螺仪搭配姿态解算模块，一起对角度姿态进行标定，且避免了万向节死锁的情况，保证角度标定过程中姿态解算不发散，获得正确结果。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
本实施例提供了一种惯性器件的精度测量标定方法，其主要用于导航惯性测量单元中陀螺仪的精度测量标定，其中，如图1所示，精度测量标定方法包括如下步骤：首先步骤S1：开始，然后，步骤S2：配置陀螺仪内部旋转轴，其中，旋转轴指的是陀螺仪内部的x轴、y轴和z轴，陀螺仪内部旋转轴默认配置为，正前方为x轴，正侧方为y轴，正下方为z轴。具体为，将陀螺仪内部的旋转轴，即x轴、y轴分别绕z轴旋转一定角度θ，旋转后，使x轴、y轴和z轴分别保持两两正交。当转过θ角度后，z轴方向不变，x轴、y轴分别与陀螺仪正前方、正侧方夹角呈θ。这样配置不会影响陀螺仪角速度的正确输出。
配置好旋转轴之后，执行步骤S3：记录并标定z轴的角速度和偏航角，具体地，陀螺仪搭配姿态解算模块，水平固定在转台上，以给定角速度旋转转台，其中，给定角和给定角速度可以根据实际需要的导航参数设定，此处不做任何限定，在旋转转台的过程中，记录并标定陀螺仪的角速度输出；并且，在转台转过给定角度时，记录并标定姿态解算模块的偏航角输出。
然后，执行步骤步骤S4：记录x轴、y轴的角速度、滚转角、俯仰角，其中，陀螺仪搭配姿态解算模块，竖直固定在转台上，以给定角速度旋转转台，记录陀螺仪的角速度输出；转台转过给定角度，分别记录姿态解算模块的滚转角和俯仰角输出。
完成记录x轴、y轴的角速度、滚转角、俯仰角后，执行步骤S5：标定x轴、y轴角速度及滚转角、俯仰角，将步骤S4的转台角速度按照陀螺仪内部旋转轴进行向量分解，并与对应陀螺仪x轴、y轴角速度输出进行对比分析，标定陀螺仪两个旋转轴的角速度输出，即标定陀螺仪的x轴、y轴的角速度输出；陀螺仪竖直放置时，步骤S2中陀螺仪内部旋转轴的配置，陀螺仪内部x轴、y轴和z轴之间的配置，无论转台如何旋转，x轴、y轴真实的滚转角固定在90°、俯仰角固定在θ不变，将x轴、y轴真实的滚转角、俯仰角与姿态解算模块的滚转角、俯仰角输出做对比分析，标定陀螺仪的滚转角和俯仰角输出，即标定x轴、y轴的滚转角和俯仰角输出。
最后，步骤S6：标定结束。
如此，在单轴转台的标定条件下，本实施例方法可以将陀螺仪x轴、y轴的标定合二为一，减少标定次数，简化实验过程。同时，本实施例方法完成了陀螺仪搭配姿态解算模块对角度的标定，巧妙地通过配置陀螺仪内部旋转轴的方式，避免了俯仰角为90°时引起的姿态解算发散，有效地完成了角度的标定。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种惯性器件的精度测量标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：开始；
步骤S2：配置陀螺仪内部旋转轴：将x轴、y轴分别绕z轴旋转一定角度θ，旋转后，使x轴、y轴和z轴分别两两正交；
步骤S3：记录并标定z轴的角速度和偏航角：陀螺仪搭配姿态解算模块，水平固定在转台上，以给定角速度旋转转台，记录并标定陀螺仪的角速度输出；转台转过给定角度，记录并标定姿态解算模块的偏航角输出；
步骤S4：记录x轴、y轴的角速度、滚转角、俯仰角：陀螺仪搭配姿态解算模块，竖直固定在转台上，以给定角速度旋转转台，记录陀螺仪的角速度输出；转台转过给定角度，分别记录姿态解算模块的滚转角和俯仰角输出；
步骤S5：标定x轴、y轴角速度及滚转角、俯仰角：将步骤S4的转台角速度按照陀螺仪内部旋转轴进行向量分解，并与对应陀螺仪x轴、y轴角速度输出进行对比分析，标定陀螺仪两个旋转轴的角速度输出；陀螺仪竖直放置时，x轴、y轴真实的滚转角固定在90°、俯仰角固定在θ不变，将x轴、y轴真实的滚转角、俯仰角与姿态解算模块的滚转角、俯仰角输出做对比分析，标定陀螺仪的滚转角和俯仰角输出；
步骤S6：标定结束。
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