CN106032991A - 车载导航dr系统中mems陀螺仪的零位误差动态补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MEMS陀螺仪零位误差补偿方法。为充分考虑环境因素对陀螺仪零值偏移误差的影响并对其进行补偿，采集每一静止阶段的陀螺仪温度信息。并以获取的陀螺仪温度和对应的零值偏移误差进行温度‑零值偏移误差的分段线性拟合，可获取每一个温度区间内的陀螺仪零值偏移误差的温度线性拟合系数。然后在汽车动态运行过程中，以每一时刻所获取的陀螺仪温度值对陀螺仪零值偏移误差进行分段线性插值，以提升陀螺仪零值偏移误差的动态准确性，进而提升车载DR导航解算精度。
Description
技术领域
本发明涉及导航技术领域，特别是涉及一种零位误差动态补偿方法。
背景技术
传统的车载导航系统采用单GPS系统进行导航，在GPS信号遮挡及完全屏蔽条件下会造成定位失败、精度下降等问题，随着对导航性能要求的提升以及地下车库导航等新应用带来的需求，越来越多的导航系统采用基于MEMS陀螺仪的航位推算系统(DR)与GPS系统进行DR/GPS组合导航。在DR系统中，利用MEMS陀螺仪对汽车航向变化进行动态测量，MEMS陀螺仪是决定DR系统精度的核心部件，受限于MEMS器件工作原理、设计方案及加工工艺等影响，MEMS陀螺仪的精度较低，且开发周期较长，为此，必须考虑对MEMS陀螺仪进行误差补偿。
MEMS陀螺仪误差主要包括零位误差和动态误差，一般重点对零位误差进行处理，零位误差又包括零值偏移误差和随机漂移误差。其中，零值偏移误差的稳定性，环境适应性决定了MEMS陀螺仪的精度，挖掘MEMS陀螺仪潜在精度首先需重点对其零值偏移误差进行有效处理。
当前，对MEMS陀螺仪零值偏移误差处理方法主要有两种：一是一次启动零值偏移误差测定法，该方法在MEMS陀螺仪上电启动时(此时汽车处于静止状态)测定其零值偏移常量，将此时的陀螺仪测量输出值均值作为MEMS陀螺仪的零值偏移误差随后每次获取MEMS陀螺仪测量值ωi后，以该测量值减去零值偏移误差ε0作为该陀螺仪测量的角速度ωi-ε0。二是零值偏移误差就近静止动态测量法，该方法考虑到陀螺仪零值偏移误差的变化，以最近一次静止状态下测定的陀螺仪直接输出均值作为其零值偏移误差随后每次获取MEMS陀螺仪测量值ωi后，以该测量值减去零值偏移误差εk作为该陀螺仪测量的角速度ωi-εk。其中，零值偏移误差就近静止动态测量法框图如附图1所示。
其中，一次启动零值偏移误差测定法所测定的零值偏移误差为汽车启动阶段的静止状态下测定的，在随后的汽车行驶过程中认为该误差一直保持不变。该方法有两个缺陷：一是由于汽车启动阶段陀螺仪开始上电后其输出没有达到稳定状态，因此，在此阶段测量的陀螺仪输出相对误差较大，不考虑后期环境变化，在该状态下陀螺仪测量输出要达到稳定也需要一定时间，因此，以该值作为零值偏移误差是不准确的。二是将MEMS陀螺仪输出随着环境温度、振动条件不同会发生变化，其中环境温度器重要的作用，因此以初始时刻的固定值无法反应环境条件造成的陀螺仪零值偏移误差的变化。
就近静止零值偏移误差动态测量法考虑了环境温度变化对陀螺仪零值偏移误差造成的影响。但该方法存在的问题是以最近停车时刻的环境条件下陀螺仪输出值作为零值偏移误差，忽略了停车之后汽车运动过程中环境温度变化带来的陀螺仪零值偏移误差变化，因此，零值偏移误差在环境变化显著而没有经常性停车静止状态对其实施有效测量的情况下，其对零值偏移误差的测量精度会显著降低。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种车载导航DR系统中MEMS陀螺仪的零位误差动态补偿。
本发明以汽车静止状态下所测量的陀螺仪输出作为该环境下的陀螺仪零值偏移误差，为充分考虑环境因素对陀螺仪零值偏移误差的影响并对其进行补偿，采集每一静止阶段的陀螺仪温度信息。并以获取的陀螺仪温度和对应的零值偏移误差进行温度-零值偏移误差的分段线性拟合，可获取每一个温度区间内的陀螺仪零值偏移误差的温度线性拟合系数。然后在汽车动态运行过程中，以每一时刻所获取的陀螺仪温度值对陀螺仪零值偏移误差进行分段线性插值，以提升陀螺仪零值偏移误差的动态准确性。
与现有技术相比，本发明由于采用了陀螺仪零偏误差分段线性插值方法对环境温度变化带来的零偏变化进行了动态补偿，使得陀螺仪零偏误差在汽车行驶过程中能够较为灵敏的进行补偿，降低了环境温度对其影响，进而提升车载DR导航解算精度。
附图说明
图1为MEMS陀螺仪零值偏移误差就近静止动态测量法原理框图。
图2为MEMS陀螺仪零偏温度误差动态补偿总体框图。
图3为零偏误差更新及分段线性拟合方法流程图。
图4为技术方案流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
本发明主要分为两个主要步骤：一是在汽车静止阶段实现零值偏移误差的测量及对应温度信息的测量，并依据该信息实现陀螺仪零值偏移误差-温度的分段线性拟合；二是在汽车行驶阶段实现温度信息的测量并对陀螺仪零值偏移误差进行温度误差分段线性插值。
附图2为MEMS陀螺仪零偏温度误差动态补偿总体框图，MEMS陀螺仪零偏温度误差动态补偿主要分为两部分，第一部分为在汽车静止条件下，更新陀螺仪零偏误差并进行温度区间的分段线性拟合获取每个温度区间的零偏误差线性拟合系数。第二部分为当汽车处于运动状态时，利用获取的陀螺仪温度及静止阶段更新的陀螺仪温度误差拟合系数，对MEMS陀螺仪零偏误差分段线性插值，获取动态的陀螺仪零偏误差。
附图3为零偏误差更新及分段线性拟合方法流程图，汽车每次处于静止状态时，更新一次陀螺仪零偏误差及其对应的温度值，然后判断静止次数是否达到了设定的N次最大次数，如果达到了N次，则对N+1次零偏误差及其对应的温度进行比较，舍去和最近静止阶段采集的温度点相差最大的温度点及其对应的零偏误差，并计k＝N。对k次零偏误差及其温度点每相邻的两个点进行线性拟合，横坐标为温度，纵坐标为零偏误差，计算每一个温度区间的零偏误差-温度的线性拟合系数(Lk-1，sk-1)。并按如下公式更新陀螺仪零偏误差：
εi＝Lk-1Ti+sk-1(Tk-1＜Ti＜Tk) (1)
则当前时刻的陀螺仪测量角速度为：
ω＝ωi-εi(Tk-1＜Ti＜Tk) (2)
式中，ω为消除陀螺仪零偏误差的角速度，该值参与DR解算。
附图4为本发明的技术方案流程图，流程说明如下：
步骤一、启动车载导航系统，DR系统上电。
步骤二、采集车载导航系统中的陀螺仪输出和温度传感器输出。
步骤三、计算当前环境下的MEMS陀螺仪输出均值和温度均值。
步骤四、判断汽车是否处于静止状态，若处于静止状态则继续进行步骤二至步骤三，否则进入步骤五。
步骤五、将静止阶段的陀螺仪输出均值和对应的温度均值更新为陀螺仪最近的零偏和对应温度值，并记录更新状态为已更新。
步骤六、检测陀螺仪零偏状态是否更新，如果为已更新，则进入
步骤八，否则进入步骤七。
步骤七、记录最新的陀螺仪零偏值及其对应的温度值，并完成陀螺仪零偏值更新后的温度误差分段线性拟合，计算得到各温度区间的分段线性拟合系数。
步骤八、读取陀螺仪测量输出及温度传感器输出。
步骤九、根据已知的陀螺仪零偏温度误差线性拟合系数和当前获取的温度，对陀螺仪零偏误差进行温度误差分段线性插值，得到当前时刻的陀螺仪零偏误差值。
步骤十、进行系统其它操作后返回步骤四。
综上所述，本发明提供了一种零偏误差补偿方案，用于动态补偿车载导航DR系统中MEMS陀螺仪零偏误差。通过采集静止阶段的陀螺仪温度信息及对应的零偏误差进行温度-零偏误差的分段线性拟合，获取每一个温度区间内的陀螺仪零值偏移误差的温度线性拟合系数。在汽车动态运行过程中，以每一时刻所获取的陀螺仪温度值对陀螺仪零值偏移误差进行分段线性插值并补偿，提升了车载导航系统的精度。
Claims (3)
1.一种车载导航MEMS陀螺仪零位误差在线动态补偿方法，其特征在于：所述动态补偿方法利用静止时段测量得到的温度与该温度对应的陀螺仪零偏拟合得到温度-零偏曲线并在车辆行走时动态补偿。
2.根据权利要求1所述的车载导航MEMS陀螺仪零位误差在线动态补偿方法，其特征在于：所述温度-零偏曲线采用分段线性拟合，车辆每次处于静止状态时，更新陀螺仪零偏误差及其对应温度值，计算得到各温度区间的分段线性拟合系数。
3.根据权利要求1所述的车载导航MEMS陀螺仪零位误差在线动态补偿方法，其特征还在于：当车辆行走时，根据已知的陀螺仪零偏温度误差线性拟合系数和当前获取的温度，对陀螺仪零偏误差进行温度误差分段线性插值，得到当前时刻的陀螺仪零偏误差值。
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