CN109388874A - 一种imu仿真方法及imu仿真模型 - Google Patents

Abstract

本发明实施方式涉及仿真技术领域，特别是涉及一种IMU仿真方法及IMU仿真模型。所述IMU仿真方法应用于IMU仿真模型，所述IMU仿真模型包括陀螺仪仿真模型和加速度计仿真模型，所述方法包括：获取第一随机噪声、第二随机噪声和确定性误差，叠加所述第一随机噪声、所述第二随机噪声和所述确定性误差，并输出误差噪声项；根据所述误差噪声项计算IMU仿真数据。通过上述方式，本发明实施方式能够方便快捷地仿真出IMU数据。

Description

一种IMU仿真方法及IMU仿真模型

技术领域

本发明实施方式涉及仿真技术领域，特别是涉及一种IMU仿真方法及IMU仿真模型。

背景技术

惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)是一种测量物体三轴角速度和三轴加速度的装置，包括三个单轴陀螺仪和三个单轴加速度计，其中，三个单轴加速度计用于检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，三个单轴陀螺仪则用于检测载体坐标系的角速度信号，合并起来就能测量出物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。

而惯性测量单元在实际使用过程中存在误差，使得惯性测量单元实际所测得的加速度和角速度与理想数值存在一定偏差，于是，每次测量物体的加速度和角速度时，均需要使用惯性测量单元搭建实体的硬件平台来测量，较为麻烦，且成本较高。

发明内容

本发明实施方式旨在提供一种IMU仿真方法及IMU仿真模型，能够方便快捷地仿真出IMU数据。

为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种IMU仿真方法，应用于IMU仿真模型，所述IMU仿真模型包括陀螺仪仿真模型和加速度计仿真模型，所述方法包括：

获取第一随机噪声、第二随机噪声和确定性误差，

叠加所述第一随机噪声、所述第二随机噪声和所述确定性误差，并输出误差噪声项；

根据所述误差噪声项生成IMU仿真数据。

可选地，所述获取所述第一随机噪声、所述第二随机噪声和所述确定性误差的步骤之前，还包括：

获取待仿真噪声参数、待仿真标定参数和待仿真输入变量；根据所述待仿真噪声参数、所述待仿真标定参数和所述待仿真输入变量生成所述第一随机噪声、所述第二随机噪声和所述确定性误差。

可选地，所述IMU仿真模型为陀螺仪仿真模型时，

所述待仿真噪声参数包括：角加速率白噪声标准差、角速率白噪声标准差；

所述待仿真标定参数包括：陀螺仪比例因子系数、陀螺仪安装误差与轴间耦合系数、线性加速度、加速度灵敏度、陀螺仪静态偏差；

所述待仿真输入变量包括理想角速度。

可选地，根据所述角加速率白噪声标准差生成所述第一随机噪声，所述第一随机噪声包括角速率随机游走；

根据所述角速率白噪声标准差生成所述第二随机噪声，所述第二随机噪声包括宽带角速率白噪声；

根据所述陀螺仪比例因子系数、所述陀螺仪安装误差与轴间耦合系数、所述线性加速度、所述加速度灵敏度、所述陀螺仪静态偏差以及所述理想角速度生成所述确定性误差，所述确定性误差包括陀螺仪比例因子、陀螺仪安装误差与轴间耦合、线性加速度影响以及陀螺仪静态偏差。

可选地，所述IMU仿真模型为加速度计仿真模型时，

所述待仿真噪声参数包括：加加速率白噪声标准差、加速率白噪声标准差；

所述待仿真标定参数包括：加速度计比例因子系数、加速度计安装误差与轴间耦合系数、加速度计静态偏差；

所述待仿真输入变量包括理想加速度。

可选地，根据所述加加速率白噪声标准差生成所述第一随机噪声，所述第一随机噪声包括加速率随机游走；

根据所述加速率白噪声标准差生成所述第二随机噪声，所述第二随机噪声包括宽带线性加速率白噪声；

根据所述加速度计比例因子系数、所述加速度计安装误差与轴间耦合系数、所述加速度计静态偏差以及所述理想加速度生成所述确定性误差，所述确定性误差包括加速度计比例因子、加速度计安装误差与轴间耦合以及加速度计静态偏差。

可选地，所述方法还包括：

获取零偏不稳定性噪声，

将所述零偏不稳定性噪声叠加至所述第一随机噪声、所述第二随机噪声和所述确定性误差中。

可选地，所述获取零偏不稳定性噪声的步骤之前，还包括：

获取零偏不稳定性标准差；

根据所述零偏不稳定性标准差生成所述零偏不稳定性噪声。

可选地，所述方法还包括：

对所述IMU仿真数据进行滤波处理。

为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种IMU仿真模型，包括陀螺仪仿真模型和加速度计仿真模型，所述陀螺仪仿真模型和所述加速度计仿真模型均包括：

第一随机噪声模块，所述第一随机噪声模块用于生成所述第一随机噪声；

第二随机噪声模块，所述第二随机噪声模块用于生成所述第二随机噪声；

确定性误差模块，所述确定性误差模块用于生成所述确定性误差；

加法模块，所述加法模块的输入端与所述第一随机噪声模块、所述第二随机噪声模块和所述确定性误差模块连接，用于获取并叠加所述第一随机噪声、所述第二随机噪声和所述确定性误差，输出误差噪声项；

预设模型模块，所述预设模型模块与所述加法模块的输出端连接，用于根据所述误差噪声项生成IMU仿真数据。

本发明实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况下，本发明实施方式提供一种IMU仿真方法及IMU仿真模型，所述IMU仿真方法，应用于IMU仿真模型，所述仿真方法包括：IMU仿真模型获取第一随机噪声、第二随机噪声和确定性误差；IMU仿真模型叠加所述第一随机噪声、第二随机噪声和确定性误差，并输出误差噪声项；IMU仿真模型根据所述误差噪声项计算IMU仿真数据。在本发明实施方式中，通过IMU仿真模型就能生成IMU仿真数据，不再需要搭建实体硬件平台，更加方便快捷，减少成本。

附图说明

一个或多个实施方式通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施方式的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施方式提供的一种IMU仿真模型的结构示意图；

图2是本发明实施方式提供的一种陀螺仪仿真模型的结构示意图；

图3是本发明实施方式提供的一种加速度计仿真模型的结构示意图；

图4是本发明实施方式提供的一种IMU仿真方法的流程示意图；

图5是图3所示的步骤S101之前的方法流程示意图；

图6是本发明另一实施方式提供的一种IMU仿真方法的部分流程示意图；

图7是本发明又一实施方式提供的一种IMU仿真方法的部分流程示意图；

图8是确定加速度计比例因子系数和加速度计安装误差与轴间耦合系数的方法示意图；

图9是本发明实施方式提供的一种计算机的结构示意图。

请参阅图1至图9，1为IMU仿真模型，10为陀螺仪仿真模型，10a为x轴陀螺仪仿真模型，10b为y轴陀螺仪仿真模型，10c为z轴陀螺仪仿真模型，20为加速度计仿真模型，20a为x轴加速度计仿真模型，20b为y轴加速度计仿真模型，20c为z轴加速度计仿真模型，11、21为第一随机噪声模块，12、22为第二随机噪声模块，13、23为确定性误差模块，131、231为比例因子、安装误差及轴间耦合模块，132为线性加速度影响模块，133、233为静态偏差模块，14、24为加法模块，15、25为预设模型模块，16、26为滤波模块，17、27为零偏不稳定性噪声模块。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例一

Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，本发明实施方式所述的IMU仿真模型则基于Simulink进行搭建。

请参阅图1，在本发明实施方式中，IMU仿真模型1包括：陀螺仪仿真模型10和加速度计仿真模型20。其中，陀螺仪仿真模型10包括x轴陀螺仪仿真模型10a、y轴陀螺仪仿真模型10b和z轴陀螺仪仿真模型10c；加速度计仿真模型20包括x轴加速度计仿真模型20a、y轴加速度计仿真模型20b和z轴加速度计仿真模型20c。

在IMU仿真模型1中，x轴陀螺仪仿真模型10a、y轴陀螺仪仿真模型10b、z轴陀螺仪仿真模型10c、x轴加速度计仿真模型20a、y轴加速度计仿真模型20b和z轴加速度计仿真模型20c独立设置，使得该IMU仿真模型1能够分别输出各轴角速度和各轴向加速度。比如：x轴陀螺仪仿真模型10a输出x轴角速度、y轴陀螺仪仿真模型10b输出y轴角速度、z轴陀螺仪仿真模型10c输出z轴角速度、x轴加速度计仿真模型20a输出x轴方向加速度、y轴加速度计仿真模型20b输出y轴方向加速度以及z轴加速度计仿真模型20c输出z轴方向加速度。

具体地，请参阅图2，是本发明实施方式提供的一种陀螺仪仿真模型的结构示意图，对于陀螺仪仿真模型10，无论是x轴陀螺仪仿真模型10a、y轴陀螺仪仿真模型10b还是z轴陀螺仪仿真模型10c，每个陀螺仪仿真模型10均包括：第一随机噪声模块11、第二随机噪声模块12、确定性误差模块13、加法模块14、预设模型模块15、滤波模块16和零偏不稳定性噪声模块17，第一随机噪声模块11、第二随机噪声模块12、确定性误差模块13以及零偏不稳定性噪声模块17的输出端与加法模块14的输入端连接，加法模块14的输出端与预设模型模块15的输入端连接，预设模型模块15的输出端与滤波模块16的输入端连接，通过滤波模块16的输出端输出IMU仿真数据。

具体地，在陀螺仪仿真模型10中，第一随机噪声模块11用于生成第一随机噪声，所述第一随机噪声包括角速率随机游走。

该第一随机噪声模块11包括：带限白噪声模块、增益模块以及积分模块，所述带限白噪声模块、增益模块以及积分模块顺次连接。

带限白噪声模块用于获取角加速率白噪声标准差，并根据角加速率白噪声标准差生成宽带角加速率白噪声，该带限白噪声模块将生成的宽带角加速率白噪声输出至增益模块，此时宽带角加速率白噪声的单位为

增益模块获取增益K值其中T_s为两次采集IMU数据的时间间隔，增益模块将宽带角加速率白噪声的单位转换为°/s²，该增益模块将处理后的宽带角加速率白噪声输出至积分模块；

积分模块对宽带角加速率白噪声进行积分，输出角速率随机游走，该角速率随机游走的单位为°/s，该积分模块将角速率随机游走输出至加法模块14。

第二随机噪声模块12用于生成第二随机噪声，所述第二随机噪声包括宽带角速率白噪声。

该第二随机噪声模块12包括：带限白噪声模块以及增益模块，所述带限白噪声模块、增益模块顺次连接。

带限白噪声模块用于获取角速率白噪声标准差，并根据角速率白噪声标准差生成宽带角速率白噪声，该带限白噪声模块将生成的宽带角速率白噪声输出至增益模块，此时宽带角速率白噪声的单位为

增益模块获取增益K值其中T_s为两次采集IMU数据的时间间隔，增益模块将宽带角速率白噪声的单位转换为°/s，并将该宽带角速率白噪声输出至加法模块14。

确定性误差模块13用于生成确定性误差，所述确定性误差包括陀螺仪比例因子、陀螺仪安装误差与轴间耦合、线性加速度影响以及陀螺仪静态偏差。

该确定性误差模块13包括：比例因子、安装误差及轴间耦合模块131、线性加速度影响模块132和静态偏差模块133，所述比例因子、安装误差及轴间耦合模块131、线性加速度影响模块132以及静态偏差模块133的输出端分别与加法模块14的输入端连接。

比例因子、安装误差及轴间耦合模块131用于生成陀螺仪比例因子及陀螺仪安装误差与轴间耦合。

该比例因子、安装误差及轴间耦合模块131包括：第二输入模块、第三输入模块、第四输入模块以及乘法模块，所述第二输入模块、第三输入模块以及第四输入模块的输出端与乘法模块的输入端连接。

第二输入模块用于获取陀螺仪比例因子系数，并将所获取的陀螺仪比例因子系数输出至乘法模块；

第三输入模块用于获取陀螺仪安装误差与轴间耦合系数，并将所获取的陀螺仪安装误差与轴间耦合系数输出至乘法模块；

第四输入模块用于获取理想角速度，并将所获取的理想角速度输出至乘法模块；

乘法模块用于对陀螺仪比例因子系数、陀螺仪安装误差与轴间耦合系数以及理想角速度进行乘运算，以生成陀螺仪比例因子及陀螺仪安装误差与轴间耦合，该乘法模块将生成的陀螺仪比例因子及陀螺仪安装误差与轴间耦合输出至加法模块14。

线性加速度影响模块132用于生成线性加速度影响。

该线性加速度影响模块132包括：第五输入模块、第六输入模块以及乘法模块，所述第五输入模块以及第六输入模块的输出端与乘法模块的输入端连接。

第五输入模块用于获取线性加速度，并将所获取的线性加速度输出至乘法模块；

第六输入模块用于获取加速度灵敏度，并将所获取的加速度灵敏度输出至乘法模块；

乘法模块用于对线性加速度以及加速度灵敏度进行乘运算，以生成线性加速度影响，该乘法模块将生成的线性加速度影响输出至加法模块14。

静态偏差模块133用于生成陀螺仪静态偏差。

该静态偏差模块133包括：第一输入模块，所述第一输入模块的输出端与加法模块14的输入端连接。

第一输入模块用于获取陀螺仪静态偏差，并将所获取的陀螺仪静态偏差输出至加法模块14。

零偏不稳定性噪声模块17用于生成零偏不稳定性噪声。

该零偏不稳定性噪声模块17包括：常数输入模块、粉红噪声模块以及乘法模块，所述常数输入模块以及粉红噪声模块的输出端与乘法模块的输入端连接。

常数输入模块用于获取零偏不稳定性标准差，并将所获取的零偏不稳定性标准差输出至乘法模块；

粉红噪声模块用于向乘法模块输出粉红噪声；

乘法模块用于对零偏不稳定性标准差以及粉红噪声进行乘运算，以生成零偏不稳定性噪声，该乘法模块将生成的零偏不稳定性噪声输出至加法模块14。

加法模块14则用于获取并叠加角速率随机游走、宽带角速率白噪声、陀螺仪比例因子、陀螺仪安装误差与轴间耦合、线性加速度影响、陀螺仪静态偏差以及零偏不稳定性噪声，输出误差噪声项至预设模型模块15。

预设模型模块15设置有陀螺仪物理模型，该陀螺仪物理模型为该预设模型模块15用于根据所述误差噪声项生成IMU仿真数据，所述IMU仿真数据包括角速度，并将生成的角速度输出至滤波模块16。

滤波模块16设置有低通滤波模型，该低通滤波模型为该滤波模块16用于对所述角速度进行滤波处理。

进一步地，请参阅图3，是本发明实施方式提供的一种加速度计仿真模型的结构示意图，对于加速度计仿真模型20，无论是x轴加速度计仿真模型20a、y轴加速度计仿真模型20b还是z轴加速度计仿真模型20c，每个加速度计仿真模型20均包括：第一随机噪声模块21、第二随机噪声模块22、确定性误差模块23、加法模块24、预设模型模块25、滤波模块26和零偏不稳定性噪声模块27，第一随机噪声模块21、第二随机噪声模块22、确定性误差模块23以及零偏不稳定性噪声模块27的输出端与加法模块24的输入端连接，加法模块24的输出端与预设模型模块25的输入端连接，预设模型模块25的输出端与滤波模块26的输入端连接，通过滤波模块26的输出端输出IMU仿真数据。

具体地，在加速度计仿真模型20中，第一随机噪声模块21用于生成第一随机噪声，所述第一随机噪声包括加速率随机游走。

该第一随机噪声模块21包括：带限白噪声模块、增益模块以及积分模块，所述带限白噪声模块、增益模块以及积分模块顺次连接。

带限白噪声模块用于获取加加速率白噪声标准差，并根据加加速率白噪声标准差生成宽带线性加加速率白噪声，该带限白噪声模块将生成的宽带线性加加速率白噪声输出至增益模块，此时该宽带线性加加速率白噪声的单位为

增益模块获取增益K值其中T_s为两次采集IMU数据的时间间隔，增益模块将宽带线性加加速率白噪声的单位转换为m/s²，该增益模块将处理后的宽带线性加加速率白噪声输出至积分模块；

积分模块对宽带线性加加速率白噪声进行积分，输出加速率随机游走，该加速率随机游走的单位为m/s，该积分模块将加速率随机游走输出至加法模块24。

第二随机噪声模块22用于生成第二随机噪声，所述第二随机噪声包括宽带线性加速率白噪声。

该第二随机噪声模块22包括：带限白噪声模块以及增益模块，所述带限白噪声模块、增益模块顺次连接。

带限白噪声模块用于获取加速率白噪声标准差，并根据加速率白噪声标准差生成宽带线性加速率白噪声，该带限白噪声模块将生成的宽带线性加速率白噪声输出至增益模块，此时宽带线性加速率白噪声的单位为

增益模块获取增益K值其中T_s为两次采集IMU数据的时间间隔，增益模块将宽带线性加速率白噪声的单位转换为m/s，并将该宽带线性加速率白噪声输出至加法模块24。

确定性误差模块23用于生成确定性误差，所述确定性误差包括加速度计比例因子、加速度计安装误差与轴间耦合以及加速度计静态偏差。

该确定性误差模块23包括：比例因子、安装误差及轴间耦合模块231和静态偏差模块233，所述比例因子、安装误差及轴间耦合模块231以及静态偏差模块233的输出端分别与加法模块24的输入端连接。

比例因子、安装误差及轴间耦合模块231用于生成加速度计比例因子及加速度计安装误差与轴间耦合。

该比例因子、安装误差及轴间耦合模块231包括：第二输入模块、第三输入模块、第四输入模块以及乘法模块，所述第二输入模块、第三输入模块以及第四输入模块的输出端与乘法模块的输入端连接。

第二输入模块用于获取加速度计比例因子系数，并将所获取的加速度计比例因子系数输出至乘法模块；

第三输入模块用于获取加速度计安装误差与轴间耦合系数，并将所获取的加速度计安装误差与轴间耦合系数输出至乘法模块；

第四输入模块用于获取理想加速度，并将所获取的理想加速度输出至乘法模块；

乘法模块用于对加速度计比例因子系数、加速度计安装误差与轴间耦合系数以及理想加速度进行乘运算，以生成加速度计比例因子及加速度计安装误差与轴间耦合，该乘法模块将生成的加速度计比例因子及加速度计安装误差与轴间耦合输出至加法模块24。

静态偏差模块233用于生成加速度计静态偏差。

该静态偏差模块233包括：第一输入模块，所述第一输入模块的输出端与加法模块24的输入端连接。

第一输入模块用于获取加速度计静态偏差，并将所获取的加速度计静态偏差输出至加法模块24。

零偏不稳定性噪声模块27用于生成零偏不稳定性噪声。

该零偏不稳定性噪声模块27包括：常数输入模块、粉红噪声模块以及乘法模块，所述常数输入模块以及粉红噪声模块的输出端与乘法模块的输入端连接。

常数输入模块用于获取零偏零偏不稳定性标准差，并将所获取的零偏不稳定性标准差输出至乘法模块；

粉红噪声模块用于向乘法模块输出粉红噪声；

乘法模块用于对零偏不稳定性标准差以及粉红噪声进行乘运算，以生成零偏不稳定性噪声，该乘法模块将生成的零偏不稳定性噪声输出至加法模块24。

加法模块24则用于获取并叠加加速率随机游走、宽带线性加速率白噪声、加速度计比例因子、加速度计安装误差与轴间耦合、加速度计静态偏差以及零偏不稳定性噪声，输出误差噪声项至预设模型模块25。

预设模型模块25设置有加速度计物理模型，该加速度计物理模型为该预设模型模块25用于根据所述误差噪声项生成IMU仿真数据，所述IMU仿真数据包括加速度，并将生成的加速度输出至滤波模块26。

滤波模块16设置有低通滤波模型，该低通滤波模型为该滤波模块16用于对所述加速度进行滤波处理。

本发明实施方式提供一种IMU仿真模型，通过该IMU仿真模型就能生成IMU仿真数据，不再需要搭建实体硬件平台，更加方便快捷，减少成本。同时，在该IMU仿真模型中，陀螺仪仿真模型叠加了宽带角速率白噪声、角速率随机游走及零偏不稳定性噪声，使得陀螺仪仿真模型仿真出的角速度更加细致，更加接近实体硬件平台所测量出的角速度；同理，加速度计仿真模型叠加了宽带线性加速率白噪声、加速率随机游走及零偏不稳定性噪声，使得加速度计仿真模型仿真出的加速度更加细致，更加接近实体硬件平台所测量出的加速度。

实施例二

在本发明实施方式中，还提供一种IMU仿真方法，应用于上述实施例所述的IMU仿真模型。

具体地，请参阅图4，是本发明实施方式提供的一种IMU仿真方法的流程示意图，对于陀螺仪仿真模型，所述IMU仿真方法包括：

S101：获取第一随机噪声、第二随机噪声和确定性误差。

上述“第一随机噪声”为角速率随机游走，该角速率随机游走是宽带角加速率白噪声积分的结果，即陀螺角速率误差表现为随机游走，而角加速率误差表现为白噪声。在本发明实施方式中，所述角速率随机游走由陀螺仪仿真模型的第一随机噪声模块生成，例如：x轴陀螺仪仿真模型的第一随机噪声模块生成x轴角速率随机游走，y轴陀螺仪仿真模型的第一随机噪声模块生成y轴角速率随机游走，z轴陀螺仪仿真模型的第一随机噪声模块生成z轴角速率随机游走。

上述“第二随机噪声”包括宽带角速率白噪声，该宽带角速率白噪声积分后能够得到角度随机游走，即陀螺从零时刻起累积的总角增量误差表现为随机游走，而每一时刻的等效角速率误差表现为白噪声。在本发明实施方式中，所述宽带角速率白噪声由陀螺仪仿真模型的第二随机噪声模块生成，例如：x轴陀螺仪仿真模型的第二随机噪声模块生成x轴宽带角速率白噪声，y轴陀螺仪仿真模型的第二随机噪声模块生成y轴宽带角速率白噪声，z轴陀螺仪仿真模型的第二随机噪声模块生成z轴宽带角速率白噪声。

上述“确定性误差”包括陀螺仪比例因子、陀螺仪安装误差与轴间耦合、线性加速度影响以及陀螺仪静态偏差。其中，陀螺仪比例因子为陀螺仪利用科氏力来得到角速度的过程中，将物理量转化为电信号时，相同转速下3轴输出的数据不一致而产生的误差，在本发明实施方式中，该陀螺仪比例因子由陀螺仪仿真模型的比例因子、安装误差及轴间耦合模块生成；陀螺仪安装误差与轴间耦合为陀螺仪安装到物体上时不与物体表面完全平行以及各单轴陀螺仪之间不完全平行而产生的误差，包括不完全平行导致一个轴转动带动另外的轴产生读数造成的误差，在本发明实施方式中，该陀螺仪安装误差与轴间耦合由陀螺仪仿真模型的比例因子、安装误差及轴间耦合模块生成，例如：x轴陀螺仪仿真模型的比例因子、安装误差及轴间耦合模块生成x轴陀螺仪比例因子和x轴陀螺仪安装误差与轴间耦合，y轴陀螺仪仿真模型的比例因子、安装误差及轴间耦合模块生成y轴陀螺仪比例因子和y轴陀螺仪安装误差与轴间耦合，z轴陀螺仪仿真模型的比例因子、安装误差及轴间耦合模块生成z轴陀螺仪比例因子和z轴陀螺仪安装误差与轴间耦合；

线性加速度影响为载体振动引起的误差，在本发明实施方式中，该线性加速度影响由陀螺仪仿真模型的线性加速度影响模块生成，例如：x轴陀螺仪仿真模型的线性加速度影响模块生成x轴线性加速度影响，y轴陀螺仪仿真模型的线性加速度影响模块生成y轴线性加速度影响，z轴陀螺仪仿真模型的线性加速度影响模块生成z轴线性加速度影响；陀螺仪静态偏差即陀螺仪输出为0时，各轴实际测得的角速度，在本发明实施方式中，该陀螺仪静态偏差通过陀螺仪仿真模型的静态偏差模块输入，例如：x轴陀螺仪仿真模型的静态偏差模块输入x轴陀螺仪静态偏差，y轴陀螺仪仿真模型的静态偏差模块输入y轴陀螺仪静态偏差，z轴陀螺仪仿真模型的静态偏差模块输入z轴陀螺仪静态偏差。

加法模块从第一随机噪声模块获取角速率随机游走，从第二随机噪声模块获取宽带角速率白噪声，从确定性误差模块获取陀螺仪比例因子、陀螺仪安装误差与轴间耦合、线性加速度影响和陀螺仪静态偏差。

对于x轴陀螺仪仿真模型，其加法模块从第一随机噪声模块获取x轴角速率随机游走，从第二随机噪声模块获取x轴宽带角速率白噪声，从确定性误差模块获取x轴陀螺仪比例因子、x轴陀螺仪安装误差与轴间耦合、x轴线性加速度影响和x轴陀螺仪静态偏差。因y轴陀螺仪仿真模型和z轴陀螺仪仿真模型的工作方式与x轴陀螺仪仿真模型的工作方式一致，在此不再一一赘述。

进一步地，请参阅图5，在加法模块获取第一随机噪声、第二随机噪声和确定性误差的步骤之前，所述IMU仿真方法还包括：

S201：获取待仿真噪声参数、待仿真标定参数和待仿真输入变量。

上述“待仿真噪声参数”即通过待仿真的惯性测量单元进行实际测量分析获得的数据，能够用于生成噪声项，包括角加速率白噪声标准差和角速率白噪声标准差。

上述“待仿真标定参数”即通过待仿真的惯性测量单元进行仿真标定试验获得的数据，以保证仿真模型的可信性，包括陀螺仪比例因子系数、陀螺仪安装误差与轴间耦合系数、线性加速度、加速度灵敏度以及陀螺仪静态偏差。

其中，所述角加速率白噪声标准差和角速率白噪声标准差通过采集待仿真惯性测量单元静止12h或者24h时的真实角速度进行Allan方差算法分析得到。

在Allan方差算法分析中，角速率白噪声标准差实质为角度随机游走标准差。对于角度随机游走，角速率的功率谱为常值：S_Ω(f)＝N²，N为角度随机游走系数，此时，角度随机游走方差为：

可见，在τ-σ_ARW(τ)双对数图上，角度随机游走的斜率为-1/2，其与τ＝1的交点纵坐标读数即为角度随机游走系数N，根据该角度随机游走系数N与式(1)即可计算出角速率白噪声标准差。其中，角速率白噪声标准差包括x轴角速率白噪声标准差、y轴角速率白噪声标准差和z轴角速率白噪声标准差。

而角加速率白噪声标准差实质为角速率随机游走标准差。对于角速率随机游走，角加速率的功率谱为：S_Ω'(f)＝K²，K为角速率随机游走系数，角速率的功率谱为：此时，角速率随机游走方差为：

可见，在τ-σ_RRW(τ)双对数图上，角速率随机游走的斜率为1/2，其与τ＝1的交点纵坐标读数为根据与式(2)即可计算出角加速率白噪声标准差。其中，角加速率白噪声标准差包括x轴角加速率白噪声标准差、y轴角加速率白噪声标准差和z轴角加速率白噪声标准差。

所述陀螺仪比例因子系数和陀螺仪安装误差与轴间耦合系数则采用转台进行角速度标定获得。所述角速度标定具体包括：

a.将待仿真IMU安装至3轴转台，并使IMU的轴向与转台轴向平行；b.以目标角速度使转台x轴正转，y、z轴静止，速度稳定后记录x、y、z轴的陀螺仪输出的角速度；然后以前述目标角速度使转台x轴反转，y、z轴静止，速度稳定后记录x、y、z轴的陀螺仪输出的角速度；c.以目标角速度使转台y轴正转，x、z轴静止，速度稳定后记录x、y、z轴的陀螺仪输出的角速度；然后以前述目标角速度使转台y轴反转，x、z轴静止，速度稳定后记录x、y、z轴的陀螺仪输出的角速度；d.以目标角速度使转台z轴正转，y、x轴静止，速度稳定后记录x、y、z轴的陀螺仪输出的角速度；然后以前述目标角速度使转台z轴反转，y、x轴静止，速度稳定后记录x、y、z轴的陀螺仪输出的角速度；e.求取步骤b、c、d中各次角速度实验中的角速度平均值，并根据公式(3)计算出陀螺仪比例因子系数和陀螺仪安装误差与轴间耦合系数。

所述公式包括：

其中，ω_x0ω_y0ω_z0为陀螺仪零偏；S_kx S_ky S_kz为陀螺仪比例因子系数，S_kx为x轴陀螺仪比例因子系数，S_ky为y轴陀螺仪比例因子系数，S_kz为z轴陀螺仪比例因子系数；K_gx1 K_gx2K_gy1 K_gy2 K_gz1 K_gz2为陀螺仪安装误差与轴间耦合系数，K_gx1 K_gx2为x轴陀螺仪安装误差与轴间耦合系数，K_gy1 K_gy2为y轴陀螺仪安装误差与轴间耦合系数，K_gz1 K_gz2为z轴陀螺仪安装误差与轴间耦合系数；G_x G_y G_z为采用转台进行角速度标定采集的角速度平均值；ω_xω_yω_z为转台的实际转速。

所述线性加速度通过使用加速度计测量获得，包括x轴线性加速度、y轴线性加速度和z轴线性加速度，加速度灵敏度则通过待仿真的IMU数据手册获得，x轴陀螺仪仿真模型、y轴陀螺仪仿真模型和z轴陀螺仪仿真模型的加速度灵敏度均一致。

陀螺仪静态偏差包括x轴陀螺仪静态偏差、y轴陀螺仪静态偏差和z轴陀螺仪静态偏差，通过测量待仿真IMU输出为0时x轴陀螺仪、y轴陀螺仪、z轴陀螺仪实际输出的角速度获得。

上述“待仿真输入变量”为用来进行仿真的理想角速度，该理想角速度即未考虑误差和噪声影响时的角速度，包括x轴理想角速度、y轴理想角速度和z轴理想角速度，所述x轴理想角速度、y轴理想角速度和z轴理想角速度可以相同，也可以不同。

所述“获取待仿真噪声参数、待仿真标定参数和待仿真输入变量”具体包括：第一随机噪声模块通过带限白噪声模块获取角加速率白噪声标准差；第二随机噪声模块通过带限白噪声模块获取角速率白噪声标准差；比例因子、安装误差及轴间耦合模块通过第二输入模块获取陀螺仪比例因子系数、通过第三输入模块获取陀螺仪安装误差与轴间耦合系数、通过第四输入模块获取理想角速度；线性加速度影响模块通过第五输入模块获取线性加速度、通过第六输入模块获取加速度灵敏度；静态偏差模块通过第一输入模块获取陀螺仪静态偏差。

对于x轴陀螺仪仿真模型，其第一随机噪声模块通过带限白噪声模块获取x轴角加速率白噪声标准差；第二随机噪声模块通过带限白噪声模块获取x轴角速率白噪声标准差；比例因子、安装误差及轴间耦合模块通过第二输入模块获取x轴陀螺仪比例因子系数、通过第三输入模块获取x轴陀螺仪安装误差与轴间耦合系数、通过第四输入模块获取x轴理想角速度；线性加速度影响模块通过第五输入模块获取x轴线性加速度、通过第六输入模块获取加速度灵敏度；静态偏差模块通过第一输入模块获取x轴陀螺仪静态偏差。因y轴陀螺仪仿真模型和z轴陀螺仪仿真模型的工作方式与x轴陀螺仪仿真模型的工作方式一致，在此不再一一赘述。

S202：根据所述待仿真噪声参数、所述待仿真标定参数和所述待仿真输入变量生成所述第一随机噪声、所述第二随机噪声和所述确定性误差。

第一随机噪声模块根据角加速率白噪声标准差生成角速率随机游走；第二随机噪声模块根据角速率白噪声标准差生成宽带角速率白噪声；比例因子、安装误差及轴间耦合模块根据陀螺仪比例因子系数、陀螺仪安装误差与轴间耦合系数和理想角速度进行乘运算生成陀螺仪比例因子和陀螺仪安装误差与轴间耦合；线性加速度影响模块根据线性加速度和加速度灵敏度进行乘运算生成线性加速度影响；静态偏差模块输入陀螺仪静态偏差。

对于x轴陀螺仪仿真模型，其第一随机噪声模块根据x轴角加速率白噪声标准差生成x轴角速率随机游走；第二随机噪声模块根据x轴角速率白噪声标准差生成x轴宽带角速率白噪声；比例因子、安装误差及轴间耦合模块根据x轴陀螺仪比例因子系数、x轴陀螺仪安装误差与轴间耦合系数和x轴理想角速度进行乘运算生成x轴陀螺仪比例因子和x轴陀螺仪安装误差与轴间耦合；线性加速度影响模块根据x轴线性加速度和加速度灵敏度进行乘运算生成x轴线性加速度影响；静态偏差模块输入x轴陀螺仪静态偏差。因y轴陀螺仪仿真模型和z轴陀螺仪仿真模型的工作方式与x轴陀螺仪仿真模型的工作方式一致，在此不再一一赘述。

S102：叠加所述第一随机噪声、所述第二随机噪声和所述确定性误差，并输出误差噪声项。

加法模块将获取的角速率随机游走、宽带角速率白噪声、陀螺仪比例因子、陀螺仪安装误差与轴间耦合、线性加速度影响和陀螺仪静态偏差进行叠加，使得加法模块输出误差噪声项，此时，该误差噪声项在宽带角速率白噪声的基础上叠加角速率随机游走，较为全面地考虑了实际使用过程中可能会产生的误差，使得通过该IMU仿真模型仿真出的角速度更加细致，更加接近实体硬件平台测量出的数据。

对于x轴陀螺仪仿真模型，其加法模块将获取的x轴角速率随机游走、x轴宽带角速率白噪声、x轴陀螺仪比例因子、x轴陀螺仪安装误差与轴间耦合、x轴线性加速度影响和x轴陀螺仪静态偏差进行叠加，使得加法模块输出x轴误差噪声项。因y轴陀螺仪仿真模型和z轴陀螺仪仿真模型的工作方式与x轴陀螺仪仿真模型的工作方式一致，在此不再一一赘述。

S103：根据所述误差噪声项生成IMU仿真数据。

加法模块将误差噪声项输出至预设模型模块，预设模型模块则根据误差噪声项及自身设置的陀螺仪物理模型，生成IMU仿真数据，该IMU仿真数据包括角速度。

对于x轴陀螺仪仿真模型，其加法模块将x轴误差噪声项输出至预设模型模块，预设模型模块则根据x轴误差噪声项及自身设置的x轴陀螺仪物理模型，生成x轴IMU仿真数据，该x轴IMU仿真数据包括x轴角速度。因y轴陀螺仪仿真模型和z轴陀螺仪仿真模型的工作方式与x轴陀螺仪仿真模型的工作方式一致，在此不再一一赘述。

进一步地，请参阅图6，在一些实施方式中，所述IMU仿真方法还包括：

S301：获取零偏不稳定性噪声；

S302：将所述零偏不稳定性噪声叠加至所述第一随机噪声、所述第二随机噪声和所述确定性误差中。

上述“零偏不稳定性噪声”是一种粉红噪声，在本发明实施方式中，所述零偏不稳定性噪声由陀螺仪仿真模型的零偏不稳定性噪声模块生成，例如：x轴陀螺仪仿真模型的零偏不稳定性噪声模块生成x轴陀螺仪零偏不稳定性噪声，y轴陀螺仪仿真模型的零偏不稳定性噪声模块生成y轴陀螺仪零偏不稳定性噪声，z轴陀螺仪仿真模型的零偏不稳定性噪声模块生成z轴陀螺仪零偏不稳定性噪声。

进一步地，零偏不稳定性噪声模块通过常数输入模块获取零偏不稳定性标准差、通过粉红噪声模块输出粉红噪声，然后零偏不稳定性噪声模块根据零偏不稳定性噪声标准差和粉红噪声进行乘运算生成零偏不稳定性噪声。

其中，零偏不稳定性标准差通过采集待仿真惯性测量单元静止12h或24h的真实角速度进行Allan方差算法分析得到。

在Allan方差算法分析中，对于零偏不稳定性噪声，其角速率功率谱为：B为零偏不稳定性系数，此时，零偏不稳定性方差为：

可见，在τ-σ_BI(τ)双对数图上，零偏不稳定性的斜率为0，其与τ＝1的交点纵坐标读数为根据与式(4)即可计算出零偏不稳定性标准差。其中，零偏不稳定性标准差包括x轴陀螺仪零偏不稳定性标准差、y轴陀螺仪零偏不稳定性标准差和z轴陀螺仪零偏不稳定性标准差。

加法模块从零偏不稳定性噪声模块获取零偏不稳定性噪声，并将该零偏不稳定性噪声与角速率随机游走、宽带角速率白噪声、陀螺仪比例因子、陀螺仪安装误差与轴间耦合、线性加速度影响以及陀螺仪静态偏差进行叠加，加法模块输出误差噪声项，此时，该误差噪声项在角速率随机游走和宽带角速率白噪声的基础上叠加零偏不稳定性噪声，全面考虑了实际使用过程中可能会产生的误差，使得通过该IMU仿真模型仿真出的角速度更加细致，更加接近实体硬件平台测量出的数据。

对于x轴陀螺仪仿真模型，其加法模块从零偏不稳定性噪声模块获取x轴零偏不稳定性噪声，并将该x轴零偏不稳定性噪声与x轴角速率随机游走、x轴宽带角速率白噪声、x轴陀螺仪比例因子、x轴陀螺仪安装误差、x轴线性加速度影响以及x轴陀螺仪静态偏差进行叠加，输出x轴误差噪声项。因y轴陀螺仪仿真模型和z轴陀螺仪仿真模型的工作方式与x轴陀螺仪仿真模型的工作方式一致，在此不再一一赘述。

进一步地，请参阅图7，在另一些实施方式中，所述IMU仿真方法还包括：

S401：对所述IMU仿真数据进行滤波处理。

在预设模型模块生成角速度后，预设模型模块将生成的角速度输入滤波模块，通过滤波模块中设置的低通滤波模型对该角速度进行低通滤波处理，以减少角速度中的噪声。

对于x轴陀螺仪模型，滤波模块中设置的x轴低通滤波模型对x轴角速度进行低通滤波处理，输出x轴角速度。因y轴陀螺仪仿真模型和z轴陀螺仪仿真模型的工作方式与x轴陀螺仪仿真模型的工作方式一致，在此不再一一赘述。

本发明实施方式提供一种IMU仿真方法，通过该IMU仿真方法就能生成IMU仿真数据，不再需要搭建实体硬件平台，更加方便快捷，减少成本。同时，在该IMU仿真方法中，叠加了宽带角速率白噪声、角速率随机游走及零偏不稳定性噪声，使得仿真出的角速度更加细致，更加接近实体硬件平台所测量出的角速度。

实施例三

在本发明实施方式中，还提供一种IMU仿真方法，应用于上述实施例所述的IMU仿真模型。

具体地，请参阅图4，是本发明实施方式提供的一种IMU仿真方法的流程示意图，对于加速度计仿真模型，所述IMU仿真方法包括：

S101：获取第一随机噪声、第二随机噪声和确定性误差。

上述“第一随机噪声”为加速率随机游走，该加速率随机游走是宽带线性加加速率白噪声积分的结果，即加速度计加速率误差表现为随机游走，而加加速率误差表现为白噪声。在本发明实施方式中，所述加速率随机游走由加速度计仿真模型的第一随机噪声模块生成，例如：x轴加速度计仿真模型的第一随机噪声模块生成x轴加速率随机游走，y轴加速度计仿真模型的第一随机噪声模块生成y轴加速率随机游走，z轴加速度计仿真模型的第一随机噪声模块生成z轴加速率随机游走。上述“第二随机噪声”包括宽带线性加速率白噪声，该宽带线性加速率白噪声积分后能够得到速度随机游走。在本发明实施方式中，所述宽带线性加速率白噪声由加速度计仿真模型的第二随机噪声模块生成，例如：x轴加速度计仿真模型的第二随机噪声模块生成x轴宽带线性加速率白噪声，y轴加速度计仿真模型的第二随机噪声模块生成y轴宽带线性加速率白噪声，z轴加速度计仿真模型的第二随机噪声模块生成z轴宽带线性加速率白噪声。

上述“确定性误差”包括加速度计比例因子、加速度计安装误差与轴间耦合以及加速度计静态偏差。其中，加速度计比例因子为加速度计通过弹簧阻尼系统中的质量块位移量得到加速度的过程中，将物理量转化为电信号时，相同加速度下3轴输出的数据不一致而产生的误差，在本发明实施方式中，该加速度计比例因子由加速度计仿真模型的比例因子、安装误差及轴间耦合模块生成；加速度计安装误差与轴间耦合为加速度计安装到物体上时不与物体表面完全平行以及各单轴加速度计之间不完全平行而产生的误差，包括不完全平行导致一个轴转动带动另外的轴产生读数造成的误差，在本发明实施方式中，该加速度计安装误差与轴间耦合由加速度计仿真模型的比例因子、安装误差及轴间耦合模块生成，例如：x轴加速度计仿真模型的比例因子、安装误差及轴间耦合模块生成x轴加速度计比例因子和x轴加速度计安装误差与轴间耦合，y轴加速度计仿真模型的比例因子、安装误差及轴间耦合模块生成y轴加速度计比例因子和y轴加速度计安装误差与轴间耦合，z轴加速度计仿真模型的比例因子、安装误差及轴间耦合模块生成z轴加速度计比例因子和z轴加速度计安装误差与轴间耦合；

加速度计静态偏差即加速度计输出为0时，各轴实际测得的加速度，在本发明实施方式中，该加速度计静态偏差通过加速度计仿真模型的静态偏差模块输入，例如：x轴加速度计仿真模型的静态偏差模块输入x轴加速度计静态偏差，y轴加速度计仿真模型的静态偏差模块输入y轴加速度计静态偏差，z轴加速度计仿真模型的静态偏差模块输入z轴加速度计静态偏差。

加法模块从第一随机噪声模块获取加速率随机游走，从第二随机噪声模块获取宽带线性加速率白噪声，从确定性误差模块获取加速度计比例因子、加速度计安装误差与轴间耦合和加速度计静态偏差。

对于x轴加速度计仿真模型，其加法模块从第一随机噪声模块获取x轴加速率随机游走，从第二随机噪声模块获取x轴宽带线性加速率白噪声，从确定性误差模块获取x轴加速度计比例因子、x轴加速度计安装误差与轴间耦合和x轴加速度计静态偏差。因y轴加速度计仿真模型和z轴加速度计仿真模型的工作方式与x轴加速度计仿真模型的工作方式一致，在此不再一一赘述。

进一步地，请参阅图5，在加法模块获取第一随机噪声、第二随机噪声和确定性误差的步骤之前，所述IMU仿真方法还包括：

S201：获取待仿真噪声参数、待仿真标定参数和待仿真输入变量。

上述“待仿真噪声参数”即通过待仿真的惯性测量单元进行实际测量分析获得的数据，能够用于生成噪声项，包括加加速率白噪声标准差和加速率白噪声标准差。

上述“待仿真标定参数”即通过待仿真的惯性测量单元进行仿真标定试验获得的数据，以保证仿真模型的可信性，包括加速度计比例因子系数、加速度计安装误差与轴间耦合系数以及加速度计静态偏差。

其中，所述加加速率白噪声标准差和加速率白噪声标准差通过采集待仿真惯性测量单元静止12h或者24h时的真实加速度进行Allan方差算法分析得到。

在Allan方差算法分析中，加速率白噪声标准差实质为速度随机游走标准差。对于速度随机游走，加速率的功率谱为常值：S_Ω(f)＝N²，N为速度随机游走系数，此时，速度随机游走方差为：

可见，在τ-σ_VRW(τ)双对数图上，速度随机游走的斜率为-1/2，其与τ＝1的交点纵坐标读数即为速度随机游走系数N，根据该速度随机游走系数N与式(5)即可计算出加速率白噪声标准差。其中，加速率白噪声标准差包括x轴加速率白噪声标准差、y轴加速率白噪声标准差和z轴加速率白噪声标准差。

而加加速率白噪声标准差实质为加速率随机游走标准差。对于加速率随机游走，加加速率的功率谱为：S_Ω'(f)＝K²，K为加速率随机游走系数，加速率的功率谱为：此时，加速率随机游走方差为

可见，在τ-σ_RW(τ)双对数图上，加速率随机游走的斜率为1/2，其与τ＝1的交点纵坐标读数为根据与式(6)即可计算出加加速率白噪声标准差。其中，加加速率白噪声标准差包括x轴加加速率白噪声标准差、y轴加加速率白噪声标准差和z轴加加速率白噪声标准差。

所述加速度计比例因子系数和加速度计安装误差与轴间耦合系数则通过采集待仿真IMU 6个状态下的加速度计静态数据进行计算获得。该待仿真IMU放置于六面立方体上，并按图8顺序翻转5次，以获得加速度计各轴实际采集的加速度平均值。

根据公式(7)计算出加速度计比例因子系数和加速度计安装误差与轴间耦合系数。

其中，a_x0 a_y0 a_z0为加速度计零偏；S_ax S_ay S_az为加速度计比例因子系数，S_ax为x轴加速度计比例因子系数，S_ay为y轴加速度计比例因子系数，S_az为z轴加速度计比例因子系数；K_ax1 K_ax2 K_ay1 K_ay2 K_az1 K_az2为加速度计安装误差与轴间耦合系数，K_ax1 K_ax2为x轴加速度计安装误差与轴间耦合系数，K_ay1 K_ay2为y轴加速度计安装误差与轴间耦合系数，K_az1 K_az2为z轴加速度计安装误差与轴间耦合系数；A_x A_y A_z为加速度计各轴实际采集的加速度平均值；a_x a_y a_z为当地实际重力加速度三轴分量。

加速度计静态偏差包括x轴加速度计静态偏差、y轴加速度计静态偏差和z轴加速度计静态偏差，通过测量待仿真IMU输出为0时x轴加速度计、y轴加速度计、z轴加速度计实际输出的加速度获得。

上述“待仿真输入变量”为用来进行仿真的理想加速度，该理想加速度即未考虑误差和噪声影响时的角速度，包括x轴理想加速度、y轴理想加速度和z轴理想加速度，所述x轴理想加速度、y轴理想加速度和z轴理想加速度可以相同，也可以不同。

所述“获取待仿真噪声参数、待仿真标定参数和待仿真输入变量”具体包括：第一随机噪声模块通过带限白噪声模块获取加加速率白噪声标准差；第二随机噪声模块通过带限白噪声模块获取加速率白噪声标准差；比例因子、安装误差及轴间耦合模块通过第二输入模块获取加速度计比例因子系数、通过第三输入模块获取加速度计安装误差与轴间耦合系数、通过第四输入模块获取理想加速度；静态偏差模块通过第一输入模块获取加速度计静态偏差。

对于x轴加速度计仿真模型，其第一随机噪声模块通过带限白噪声模块获取x轴加加速率白噪声标准差；第二随机噪声模块通过带限白噪声模块获取x轴加速率白噪声标准差；比例因子、安装误差及轴间耦合模块通过第二输入模块获取x轴加速度计比例因子系数、通过第三输入模块获取x轴加速度计安装误差与轴间耦合系数、通过第四输入模块获取x轴理想加速度；静态偏差模块通过第一输入模块获取x轴加速度计静态偏差。因y轴加速度计仿真模型和z轴加速度计仿真模型的工作方式与x轴加速度计仿真模型的工作方式一致，在此不再一一赘述。

S202：根据所述待仿真噪声参数、所述待仿真标定参数和所述待仿真输入变量生成所述第一随机噪声、所述第二随机噪声和所述确定性误差。

第一随机噪声模块根据加加速率白噪声标准差生成加速率随机游走；第二随机噪声模块根据加速率白噪声标准差生成宽带线性加速率白噪声；比例因子、安装误差及轴间耦合模块根据加速度计比例因子系数、加速度计安装误差与轴间耦合系数和理想加速度进行乘运算生成加速度计比例因子和加速度计安装误差与轴间耦合；静态偏差模块输入加速度计静态偏差。

对于x轴加速度计仿真模型，其第一随机噪声模块根据x轴加加速率白噪声标准差生成x轴加速率随机游走；第二随机噪声模块根据x轴加速率白噪声标准差生成x轴宽带线性加速率白噪声；比例因子、安装误差及轴间耦合模块根据x轴加速度计比例因子系数、x轴加速度计安装误差与轴间耦合系数和x轴理想加速度进行乘运算生成x轴加速度计比例因子和x轴加速度计安装误差与轴间耦合；静态偏差模块输入x轴加速度计静态偏差。因y轴加速度计仿真模型和z轴加速度计仿真模型的工作方式与x轴加速度计仿真模型的工作方式一致，在此不再一一赘述。

S102：叠加所述第一随机噪声、所述第二随机噪声和所述确定性误差，并输出误差噪声项。

加法模块将获取的加速率随机游走、宽带线性加速率白噪声、加速度计比例因子、加速度计安装误差与轴间耦合和加速度计静态偏差进行叠加，使得加法模块输出误差噪声项，此时，该误差噪声项在宽带线性加速率白噪声的基础上叠加加速率随机游走，较为全面地考虑了实际使用过程中可能会产生的误差，使得通过该IMU仿真模型仿真出的加速度更加细致，更加接近实体硬件平台测量出的数据。

对于x轴加速度计仿真模型，其加法模块将获取的x轴加速率随机游走、x轴宽带线性加速率白噪声、x轴加速度计比例因子、x轴加速度计安装误差与轴间耦合和x轴加速度计静态偏差进行叠加，使得加法模块输出x轴误差噪声项。因y轴加速度计仿真模型和z轴加速度计仿真模型的工作方式与x轴加速度计仿真模型的工作方式一致，在此不再一一赘述。

S103：根据所述误差噪声项生成IMU仿真数据。

加法模块将误差噪声项输出至预设模型模块，预设模型模块则根据误差噪声项及自身设置的加速度计物理模型，生成IMU仿真数据，该IMU仿真数据包括加速度。

对于x轴加速度计仿真模型，其加法模块将x轴误差噪声项输出至预设模型模块，预设模型模块则根据x轴误差噪声项及自身设置的x轴加速度计物理模型，生成x轴IMU仿真数据，该x轴IMU仿真数据包括x轴加速度。因y轴加速度计仿真模型和z轴加速度计仿真模型的工作方式与x轴加速度计仿真模型的工作方式一致，在此不再一一赘述。

进一步地，请参阅图6，在一些实施方式中，所述IMU仿真方法还包括：

S301：获取零偏不稳定性噪声；

S302：将所述零偏不稳定性噪声叠加至所述第一随机噪声、所述第二随机噪声和所述确定性误差中。

上述“零偏不稳定性噪声”是一种粉红噪声，在本发明实施方式中，所述零偏不稳定性噪声由加速度计仿真模型的零偏不稳定性噪声模块生成，例如：x轴加速度计仿真模型的零偏不稳定性噪声模块生成x轴加速度计零偏不稳定性噪声，y轴加速度计仿真模型的零偏不稳定性噪声模块生成y轴加速度计零偏不稳定性噪声，z轴加速度计仿真模型的零偏不稳定性噪声模块生成z轴加速度计零偏不稳定性噪声。

进一步地，零偏不稳定性噪声模块通过常数输入模块获取零偏不稳定性标准差、通过粉红噪声模块输出粉红噪声，然后零偏不稳定性噪声模块根据零偏不稳定性噪声标准差和粉红噪声进行乘运算生成零偏不稳定性噪声。

其中，零偏不稳定性标准差的计算方法与上述实施例所述的一致，在此不再一一赘述。

加法模块从零偏不稳定性噪声模块获取零偏不稳定性噪声，并将该零偏不稳定性噪声与加速率随机游走、宽带线性加速率白噪声、加速度计比例因子、加速度计安装误差与轴间耦合以及加速度计静态偏差进行叠加，加法模块输出误差噪声项，此时，该误差噪声项在加速率随机游走和宽带线性加速率白噪声的基础上叠加零偏不稳定性噪声，全面考虑了实际使用过程中可能会产生的误差，使得通过该IMU仿真模型仿真出的加速度更加细致，更加接近实体硬件平台测量出的数据。

对于x轴加速度计仿真模型，其加法模块从零偏不稳定性噪声模块获取x轴零偏不稳定性噪声，并将该x轴零偏不稳定性噪声与x轴加速率随机游走、x轴宽带线性加速率白噪声、x轴加速度计比例因子、x轴加速度计安装误差以及x轴加速度计静态偏差进行叠加，输出x轴误差噪声项。因y轴加速度计仿真模型和z轴加速度计仿真模型的工作方式与x轴加速度计仿真模型的工作方式一致，在此不再一一赘述。

进一步地，请参阅图7，在另一些实施方式中，所述IMU仿真方法还包括：

S401：对所述IMU仿真数据进行滤波处理。

在预设模型模块生成加速度后，预设模型模块将生成的加速度输入滤波模块，通过滤波模块中设置的低通滤波模型对该加速度进行低通滤波处理，以减少加速度中的噪声。

对于x轴加速度计模型，滤波模块中设置的x轴低通滤波模型对x轴加速度进行低通滤波处理，输出x轴加速度。因y轴加速度计仿真模型和z轴加速度计仿真模型的工作方式与x轴加速度计仿真模型的工作方式一致，在此不再一一赘述。

本发明实施方式提供一种IMU仿真方法，通过该IMU仿真方法就能生成IMU仿真数据，不再需要搭建实体硬件平台，更加方便快捷，减少成本。同时，在该IMU仿真方法中，叠加了宽带线性加速率白噪声、加速率随机游走及零偏不稳定性噪声，使得仿真出的加速度更加细致，更加接近实体硬件平台所测量出的加速度。

实施例四

在本发明实施方式中，所述Simulink运行于计算机，通过计算机能够执行以上实施方式所述的IMU仿真方法，还能实现以上实施方式所述的IMU仿真模型的各个模块的功能。

具体地，请参阅图9，是本发明实施方式提供的一种计算机的结构示意图，该计算机90包括：

一个或多个处理器91以及存储器92。其中，图9中以一个处理器91为例。

处理器91和存储器92可以通过总线或者其他方式连接，图9中以通过总线连接为例。

存储器92作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本发明上述实施方式中的IMU仿真方法对应的程序指令以及IMU仿真模型对应的模块(例如，第一随机噪声模块11、第二随机噪声模块12、确定性误差模块13和加法模块14等)。处理器91通过运行存储在存储器92中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行IMU仿真方法的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施方式中的IMU仿真方法方法以及上述IMU仿真模型实施方式的各个模块的功能。

存储器92可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序。

此外，存储器92可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施方式中，存储器92可选包括相对于处理器91远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器91。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述程序指令以及一个或多个模块存储在所述存储器92中，当被所述一个或者多个处理器91执行时，执行上述任意方法实施方式中的IMU仿真方法的各个步骤，或者，实现上述IMU仿真模型实施方式中的的各个模块的功能。

上述产品可执行本发明上述实施方式所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施方式中详尽描述的技术细节，可参见本发明上述实施方式所提供的方法。

本发明实施方式还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如图9中的一个处理器91，可使得计算机执行上述任意方法实施方式中的IMU仿真方法的各个步骤，或者，实现上述IMU仿真模型实施方式中的各个模块的功能。

本发明实施方式还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被一个或多个处理器执行，例如图9中的一个处理器91，可使得计算机执行上述任意方法实施方式中的IMU仿真方法的各个步骤，或者，实现上述IMU仿真模型实施方式中的各个模块的功能。

以上所描述的模型实施方式仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施方式方案的目的。

通过以上的实施方式的描述，本领域普通技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施方法的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory,ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory,RAM)等。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种IMU仿真方法，应用于IMU仿真模型，所述IMU仿真模型包括陀螺仪仿真模型和加速度计仿真模型，其特征在于，所述方法包括：

获取第一随机噪声、第二随机噪声和确定性误差，

叠加所述第一随机噪声、所述第二随机噪声和所述确定性误差，并输出误差噪声项；

根据所述误差噪声项生成IMU仿真数据。

2.根据权利要求1所述的IMU仿真方法，其特征在于，所述获取所述第一随机噪声、所述第二随机噪声和所述确定性误差的步骤之前，还包括：

获取待仿真噪声参数、待仿真标定参数和待仿真输入变量；根据所述待仿真噪声参数、所述待仿真标定参数和所述待仿真输入变量生成所述第一随机噪声、所述第二随机噪声和所述确定性误差。

3.根据权利要求2所述的IMU仿真方法，其特征在于，所述IMU仿真模型为陀螺仪仿真模型时，

所述待仿真噪声参数包括：角加速率白噪声标准差、角速率白噪声标准差；

所述待仿真标定参数包括：陀螺仪比例因子系数、陀螺仪安装误差与轴间耦合系数、线性加速度、加速度灵敏度、陀螺仪静态偏差；

所述待仿真输入变量包括理想角速度。

4.根据权利要求3所述的IMU仿真方法，其特征在于，

根据所述角加速率白噪声标准差生成所述第一随机噪声，所述第一随机噪声包括角速率随机游走；

根据所述角速率白噪声标准差生成所述第二随机噪声，所述第二随机噪声包括宽带角速率白噪声；

根据所述陀螺仪比例因子系数、所述陀螺仪安装误差与轴间耦合系数、所述线性加速度、所述加速度灵敏度、所述陀螺仪静态偏差以及所述理想角速度生成所述确定性误差，所述确定性误差包括陀螺仪比例因子、陀螺仪安装误差与轴间耦合、线性加速度影响以及陀螺仪静态偏差。

5.根据权利要求2所述的IMU仿真方法，其特征在于，所述IMU仿真模型为加速度计仿真模型时，

所述待仿真噪声参数包括：加加速率白噪声标准差、加速率白噪声标准差；

所述待仿真标定参数包括：加速度计比例因子系数、加速度计安装误差与轴间耦合系数、加速度计静态偏差；

所述待仿真输入变量包括理想加速度。

6.根据权利要求5所述的IMU仿真方法，其特征在于，

根据所述加加速率白噪声标准差生成所述第一随机噪声，所述第一随机噪声包括加速率随机游走；

根据所述加速率白噪声标准差生成所述第二随机噪声，所述第二随机噪声包括宽带线性加速率白噪声；

根据所述加速度计比例因子系数、所述加速度计安装误差与轴间耦合系数、所述加速度计静态偏差以及所述理想加速度生成所述确定性误差，所述确定性误差包括加速度计比例因子、加速度计安装误差与轴间耦合以及加速度计静态偏差。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的IMU仿真方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取零偏不稳定性噪声，

将所述零偏不稳定性噪声叠加至所述第一随机噪声、所述第二随机噪声和所述确定性误差中。

8.根据权利要求7所述的IMU仿真方法，其特征在于，所述获取零偏不稳定性噪声的步骤之前，还包括：

获取零偏不稳定性标准差；

根据所述零偏不稳定性标准差生成所述零偏不稳定性噪声。

9.根据权利要求1所述的IMU仿真方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述IMU仿真数据进行滤波处理。

10.一种IMU仿真模型，包括陀螺仪仿真模型和加速度计仿真模型，其特征在于，所述陀螺仪仿真模型和所述加速度计仿真模型均包括：

第一随机噪声模块，所述第一随机噪声模块用于生成所述第一随机噪声；

第二随机噪声模块，所述第二随机噪声模块用于生成所述第二随机噪声；

确定性误差模块，所述确定性误差模块用于生成所述确定性误差；

加法模块，所述加法模块的输入端与所述第一随机噪声模块、所述第二随机噪声模块和所述确定性误差模块连接，用于获取并叠加所述第一随机噪声、所述第二随机噪声和所述确定性误差，输出误差噪声项；

预设模型模块，所述预设模型模块与所述加法模块的输出端连接，用于根据所述误差噪声项生成IMU仿真数据。