CN109073408A - 利用倾角传感器的陀螺仪传感器的校准方法 - Google Patents

利用倾角传感器的陀螺仪传感器的校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种通过感测相对于三轴方向的加速度而执行如天线等装置的姿态控制的陀螺仪传感器的校准方法，并且涉及一种如下的陀螺仪传感器的校准方法，该校准方法能够与倾角传感器联动地执行陀螺仪传感器的校准，特别是也能够通过竖起设置有传感器的传感器板而与倾角传感器联动地进行用于感测相对于Z轴方向的旋转的陀螺仪传感器的校准。

Description

利用倾角传感器的陀螺仪传感器的校准方法
技术领域
本发明涉及一种通过感测针对三轴方向的加速度而执行如天线等装置的姿态控制的陀螺仪传感器的校准方法，更详细而言，涉及一种利用倾角传感器的陀螺仪传感器的校准方法，其通过在校准陀螺仪传感器时与用于测量相对于重力的倾角的倾角传感器联动而大幅提高校准准确度。
背景技术
安装在车辆或船舶等中的移动型卫星跟踪天线系统被控制为因天线的高增益而通过利用传感器的姿态控制使天线部总是朝向卫星方向。
具体而言，搭载在移动型卫星跟踪天线系统中的传感器能够通过多个陀螺仪传感器(gyro sensor)和倾角传感器(tilt sensor)感测天线部相对于三轴方向分别倾斜多少以及相对于各方向的运动而使驱动部进行天线部的姿态控制。此时，还通过进一步增加地磁传感器或高度传感器而获取附加信息。
作为与此相关联的技术公开了韩国专利公开第2010-0005346号。上述现有技术涉及一种天线稳定化装置，其通过利用用于感测倾角的倾角传感器(tilt sensor)和执行风压姿态控制的陀螺仪传感器，而能够维持天线相对于卫星的指向并能够准确地跟踪卫星。
但是，在上述现有技术中未公开关于传感器的零点调整(Calibration，校准)的内容。在倾角传感器的情况下，即使不另行进行校准也几乎不存在误差率，但在陀螺仪传感器的情况下具有输出值根据周边的温度、湿度等外部环境稍微不同的特性，因此需要在使用之前进行校准操作。
为了校准陀螺仪传感器，必须处于没有外部运动的状态。因此，如果在现有的移动型卫星跟踪天线的情况下校准时发生运动，则应用由存储器调用初始默认(default)值的方法。由于这种方法无法反映外部环境变化，因此具有只能在陀螺仪传感器的输出值方面发生误差的问题。
如此，具有如下的问题：在未能好好地进行校准的情况下，与此联动地工作的移动型卫星跟踪天线系统的跟踪准确度急剧下降。
发明内容
技术问题
本发明是为了解决上述问题而提出的，本发明的目的是提供一种如下的方法，该方法通过与倾角传感器联动地执行陀螺仪传感器的校准，即使在校准过程中发生微细运动的情况下，也能够几乎没有误差地执行陀螺仪传感器的校准。
技术方案
本发明涉及一种利用倾角传感器来校准三个陀螺仪传感器的方法，所述倾角传感器设置在附着设置于对象物体的传感器板上并用于感测相对于重力的倾角，所述三个陀螺仪传感器设置于所述传感器板上且以所述传感器板为基准分别感测相对于X轴方向、Y轴方向及Z轴方向的角速度，所述方法可以包括：步骤a)：对驱动所述对象物体的驱动部施加电源S100；步骤b)：通过所述倾角传感器使所述传感器板相对于地面维持水平状态S200；步骤c)：判断所述对象物体是否运动S300；以及步骤d)：在运动的情况下S300-Y，通过反映所述倾角传感器的输出值而校准所述陀螺仪传感器S410。
此外，在所述对象物体运动的情况下S300-Y，所述步骤d)可以包括：步骤d-1)：利用从所述倾角传感器接收到的倾角数据来设定用于感测相对于X轴方向的旋转的第一陀螺仪传感器和用于感测相对于Y轴方向的旋转的第二陀螺仪传感器的零点S411；步骤d-2)：通过将水平状态的所述传感器板竖起而变更为竖直状态S412；以及步骤d-3)：利用从所述倾角传感器接收到的倾角数据来设定用于感测相对于Z轴方向的旋转的第三陀螺仪传感器的零点S413。
此外，在所述步骤c)中，在规定时间内所述陀螺仪传感器的输出值改变的情况下可判断为所述对象物体运动，在输出值恒定的情况下可判断为所述对象物体不运动。
最后，在所述对象物体不运动的情况下S30-N，所述步骤d)包括如下步骤：将在所述步骤c)中接收到的各个陀螺仪传感器的输出值设定为零点S420。
有益效果
本发明具有如下的优点：通过与倾角传感器联动地执行陀螺仪传感器的校准，特别是通过将设置有传感器的传感器板竖起，从而用于感测相对于Z轴方向的旋转的陀螺仪传感器也能够与倾角传感器联动地执行校准。
因此，本发明具有如下的效果：即使在存在外部运动的情况下也能够准确地校准陀螺仪传感器，因此几乎不会存在因外部环境变化产生的误差，从而在应用于卫星跟踪天线系统的情况下跟踪准确度非常优异。
附图说明
图1是用于执行本发明的一实施例所涉及的陀螺仪传感器的校准的装置的概要结构图。
图2是本发明的一实施例所涉及的陀螺仪传感器的校准方法的流程图。
图3及图4是表示本发明的一实施例所涉及的传感器板的旋转及方向的一例。
具体实施方式
下面，使用附图对本发明的技术思想进行更具体说明。
附图只不过是为了更具体说明本发明的技术思想而图示的一例，本发明的技术思想并不限定于附图形式。
图1是用于执行本发明的一实施例所涉及的陀螺仪传感器110的校准的装置100的概要结构图，图2是本发明的一实施例所涉及的陀螺仪传感器110的校准方法的流程图，图3及图4是图示本发明的一实施例所涉及的传感器板10的旋转及方向的例。
首先，在参照图1对用于校准的装置100的结构进行简单说明之后，按步骤说明本发明的陀螺仪传感器的校准方法。
首先，为了控制对象物体的姿态，通过将包括各种传感器的传感器板10附着设置于对象物体，感测对象物体的运动的同时，向对象物体驱动部传递与感测到的运动对应的信号，从而控制对象物体的姿态。
作为具体例，所述对象物体可以是被控制为总是朝向卫星方向的移动型卫星跟踪天线系统的天线部。为了使天线增益最大化，即使存在外部运动，也必须将天线部控制为总是朝向卫星，因此通过将包括各种传感器的传感器板设置于天线部的规定位置而控制天线部的姿态。
如图3所示，当在传感器板10上以传感器板10为基准设定X轴方向、Y轴方向及Z轴方向时，具备分别感测相对于各方向的角速度(旋转)的第一陀螺仪传感器111、第二陀螺仪传感器112及第三陀螺仪传感器113。此时，在本说明书中，X轴方向、Y轴方向及Z轴方向是指以传感器板10为基准设定的三轴，并且将配置有传感器板10的平面设定为基准面。
具体而言，第一陀螺仪传感器111被配置为与传感器板10的Y轴方向平行且与所述基准面垂直，所述第一陀螺仪传感器111以X轴方向为基准感测角速度(旋转)。此外，第二陀螺仪传感器112被配置为与传感器板10的X轴方向平行且与所述基准面垂直，所述第二陀螺仪传感器112以Y轴方向为基准感测角速度。最后，第三陀螺仪传感器113被水平配置在基准面上。此外，与所述三个陀螺仪传感器110一同，在传感器板10上包括用于感测相对于重力的倾角的倾角传感器120。
在本发明中，控制部130接收从传感器输出的信号，控制部130为了控制对象物体的姿态而以接收到的所述信号为基础向对象物体驱动部施加信号。此外，控制部130还与用于控制传感器板10的姿态的电动机140连接，关于此的详细说明将在后面描述。
本发明涉及一种用于控制对象物体的姿态的传感器特别是陀螺仪传感器110的校准方法，该校准方法通过在校准陀螺仪传感器时利用倾角传感器120，从而即使在校准过程中发生外部运动，也几乎不会存在误差。
校准是指调整传感器的零点，通常陀螺仪传感器为根据旋转程度输出0～5V范围内的电压的传感器。输出电压通过A-D转换在控制部130中被识别为0～1024的数字。当陀螺仪传感器的输出值为作为中间值的512时，判断为不存在运动，将该512值设定为零点。
理想的是，当对传感器110施加电源时如果不存在运动则应接收512值，但由于周边环境(温度、湿度等)的影响，即使不存在运动，也不会输出512值，而是例如输出505值，从而也可以将该505值设定为零点。
如此，为了补偿因外部环境引起的误差，优选对陀螺仪传感器110进行初始校准。以下，按步骤说明本发明的一实施例所涉及的陀螺仪传感器的校准方法。
如图2所示，在对用于驱动对象物体的驱动部施加电源的情况下S100，传感器输出测量值。此时，通过倾角传感器120将传感器板10维持为相对于地面水平的状态S200。如上述，由于在没有校准的情况下倾角传感器120也几乎输出准确的值，因此控制部130通过利用从倾角传感器120接收到的值来掌握相对于地面倾斜的程度而使传感器板10维持为水平状态。
之后，控制部130判断对象物体是否运动S300。此时，通过各陀螺仪传感器110的输出值来确定对象物体是否运动，在规定的时间内至少一个陀螺仪传感器110的输出值改变的情况下判断为对象物体运动，在输出值恒定的情况下判断为对象物体不运动。
如果在对象物体不运动的情况下S300-N，已接收到的陀螺仪传感器110的输出值恒定，则将接收到的各个输出值设定为零点S420。
但是，在对象物体运动的情况下S300-Y，通过反映倾角传感器120的输出值而执行陀螺仪传感器110的校准步骤S410。如图所示，该过程可由三个步骤构成。
首先，可以利用从倾角传感器120接收到的输出值(相对于重力方向的倾斜程度)设定第一陀螺仪传感器111和第二陀螺仪传感器112的零点S411，其中，该第一陀螺仪传感器111感测相对于X轴方向的旋转，该第二陀螺仪传感器112感测相对于Y轴方向的旋转。
即，如图3所示，在设置有传感器板10的情况下，倾角传感器120能够测量相对于X轴方向及Y轴方向的倾角，因此能够设定分别与测量值对应的第一陀螺仪传感器111和第二陀螺仪传感器112的零点。
另外，由于传感器板10被维持为水平状态，因此当然也可以在判断是否运动之前的步骤中自动执行第一陀螺仪传感器111及第二陀螺仪传感器112的校准(步骤S411)。
但是，由于相对于Z轴方向的倾角在倾角传感器120的感测区域之外，因此在该步骤中无法进行第三陀螺仪传感器113的校准。
本发明为了解决上述问题，执行以下步骤S412：在执行第一陀螺仪传感器111及第二陀螺仪传感器112的校准之后，通过控制部130对电动机140施加信号并竖起传感器板10而由水平状态变更竖直状态。即，如从图3所示的状态到图4所示的状态那样，传感器板10旋转90度。
此时，在本发明中以传感器板10为基准设定X轴、Y轴及Z轴，因此以图4所示的方式配置X轴、Y轴及Z轴。
另外，由于倾角传感器120为感测相对于重力方向的倾角的传感器，因此如图4所示那样当传感器板10成为竖直状态时，倾角传感器120能够测量相对于Z轴的倾角。
因此，最后，控制部130可利用从倾角传感器120接收到的测量值，来设定用于感测相对于Z轴方向的旋转的第三陀螺仪传感器113的零点。
即，在传感器板10相对于地面为水平的状态下传感器板10不能与倾角传感器120联动而无法进行准确的校准，但在竖直地竖起传感器板10之后传感器板10与倾角传感器120联动，从而与第一陀螺仪传感器111及第二陀螺仪传感器112一同第三陀螺仪传感器113也能够进行校准。
此时，为了进行第三陀螺仪传感器113的校准，控制部130即使在将传感器板10变更为竖直状态的过程中也通过控制对象物体的姿态而与外部运动相应地控制对象物体的运动。因此，即使存在外部运动，也能够有效地执行第三陀螺仪传感器113的校准。
由于以往在存在外部运动的情况下不能执行陀螺仪传感器的校准，因此无法通过将已存储的默认(default)值设定为零点而准确地控制对象物体的姿态。
本发明通过如上所述的一系列步骤与倾角传感器120联动地执行陀螺仪传感器110的校准，特别是也可以通过竖起设置有传感器的传感器板10而与倾角传感器120联动地执行陀螺仪传感器113的校准，其中，该陀螺仪传感器113用于感测相对于Z轴方向的旋转。
因此，由于即使在存在外部运动的情况下，也能够准确地进行陀螺仪传感器的校准，因此几乎不存在因外部环境变化引起的误差，在应用于卫星跟踪天线系统的情况下具有跟踪准确度非常优异的效果。
本发明并不限定于上述实施例，当然应用范围宽广，在不脱离权利要求书所请求保护的本发明的主旨的情况下当然能够实施各种变形。
[附图标记说明]
10：传感器板
100：校准装置
110：陀螺仪传感器
120：倾角传感器
130：控制部
140：电动机

Claims (4)

1.一种利用倾角传感器的陀螺仪传感器的校准方法，所述校准方法利用倾角传感器来校准三个陀螺仪传感器，所述倾角传感器设置在附着设置于对象物体的传感器板上并用于感测相对于重力的倾角，所述三个陀螺仪传感器设置于所述传感器板上且以所述传感器板为基准分别感测相对于X轴方向、Y轴方向及Z轴方向的角速度，所述方法包括：
步骤a)：对驱动所述对象物体的驱动部施加电源(S100)；
步骤b)：通过所述倾角传感器使所述传感器板相对于地面维持水平状态(S200)；
步骤c)：判断所述对象物体是否运动(S300)；以及
步骤d)：在运动的情况下(S300-Y)，反映所述倾角传感器的输出值以校准所述陀螺仪传感器(S410)。
2.根据权利要求1所述的利用倾角传感器的陀螺仪传感器的校准方法，其中，
在所述对象物体运动的情况下(S300-Y)，所述步骤d)包括：
步骤d-1)：利用从所述倾角传感器接收到的倾角数据来设定用于感测相对于X轴方向的旋转的第一陀螺仪传感器和用于感测相对于Y轴方向的旋转的第二陀螺仪传感器的零点(S411)；
步骤d-2)：通过将水平状态的所述传感器板竖起而变更为竖直状态(S412)；以及
步骤d-3)：利用从所述倾角传感器接收到的倾角数据来设定用于感测相对于Z轴方向的旋转的第三陀螺仪传感器的零点(S413)。
3.根据权利要求1所述的利用倾角传感器的陀螺仪传感器的校准方法，其特征在于，
在所述步骤c)中，在规定时间内所述陀螺仪传感器的输出值改变的情况下判断为所述对象物体运动，在输出值恒定的情况下判断为所述对象物体不运动。
4.根据权利要求3所述的利用倾角传感器的陀螺仪传感器的校准方法，其中，
在所述对象物体不运动的情况下(S30-N)，所述步骤d)包括如下步骤：将在所述步骤c)中接收到的各个陀螺仪传感器的输出值设定为零点(S420)。
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