CN109459585A - 一种加速度计零位偏置修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于基于加速度计的倾角测量技术领域，具体涉及一种加速度计零位偏置修正方法。两轴水平倾角测量中，Y轴的倾角即为X轴的摆放角，X轴的倾角为Y轴的摆放角，预先在精密立式旋转台测量出加速度计在摆放角为0°到90°之间每隔1°的零位偏置的实际数据，建立测量基准数据表格，将该表格固化于主控程序用于在线修正；实际使用时，X方向加速度计的摆放角由Y加速度计测量出，然后查表获取X轴加速度计在这一摆放角的状态下其零位偏置的实测值并修正；Y方向加速度计的摆放角由X加速度计测量出，然后查表获取Y轴加速度计在这一摆放角的状态下其零位偏置的实测值并修正。本发明可以实现加速度计零位偏置的在线修正，提升其倾角测量精度。

Description

一种加速度计零位偏置修正方法

技术领域

本发明属于基于加速度计的倾角测量技术领域，具体涉及一种加速度计零位偏置修正方法，实现加速度计零位偏置的在线修正，提升其倾角测量精度。

背景技术

关于加速度计零位偏置的修正方法，尚未有公开专利。根据检索，目前，通过两个正交安装的加速度计敏感重力加速度，实现水平倾角的测量方法很多，有很多文章和专利对其进行研究和说明，这种方法简单实用，但是测量误差较大，这是由于加速度计本身的零位偏置所引起的水平零位的误差引起的。因此，对于基于加速度计的倾角测量系统中，一个关键技术就是加速度计的零位修正。对于加速度计的零位偏置的修正方法目前很少有涉及到的，没有公开发表的专利。目前，对于加速度计零位偏置的问题处理一般是定期标定，元件筛选等方法。

所谓定期标定，实在实用加速度计的惯性导航设备中，通过定期的对导航系统中加速度计基本参数的标定，测量其当前的零位偏置，然后对其数据进行装订，解决加速度计零位偏置对测量精度的影响，这种方式虽然从基础上解决了零位偏置对加速度计测量精度的影响，但是，标定过程相当繁杂，浪费人力物力，在产品出厂后也需要客户对其进行定期标定，售后培训成本较大。

所谓元件筛选，就是在购买到加速计后对其在门态和摆态时的零位偏置进行测量，通过测量和试验，筛选出零位偏置相对较小，门态和摆态时零位偏置差异较小的加速度计装机使用。这种方法虽然能够较好的解决门态和摆态时零位偏置的修正问题，但是不能解决摆放角不在门态和摆态位置时零位偏置的修正，同时，由于事先的筛选增加了很多的工作量和成本。因此，在低成本的场合，元件筛选对于解决加速度计零位偏置的问题也不是一个理想的选择。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加速度计零位偏置修正方法，以克服现有技术手段在解决加速度计零位偏置问题上的缺陷。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种加速度计零位偏置修正方法，两轴水平倾角测量中，Y轴的倾角即为X轴的摆放角，X轴的倾角为Y轴的摆放角，预先在精密立式旋转台测量出加速度计在摆放角为0°到90°之间每隔1°的零位偏置的实际数据，建立测量基准数据表格，将该表格固化于主控程序用于在线修正；

实际使用时，X方向加速度计的摆放角由Y加速度计测量出，然后查表获取X轴加速度计在这一摆放角的状态下其零位偏置的实测值并修正；Y方向加速度计的摆放角由X加速度计测量出，然后查表获取Y轴加速度计在这一摆放角的状态下其零位偏置的实测值并修正。

所述的精密立式旋转台需要达到3角秒的测量精度。

本发明所取得的有益效果为：

本发明利用水平倾角测量中，两维倾角测量的原始数据查表找出对应的前期标定数据进行修正，固化于测量程序中。该方法仅仅需要实际加速度计门态到摆台偏转过程的零位偏置数据即可通过软件实现。

水平倾角的测量基于加速度计测量重力加速度的原理，在进行测量时，通过对零位偏置的在线修正，解决了加速度计工作在门态和摆态以及中间状态下的零位偏置对测量结果的影响。从根本上解决了基于加速度计的水平倾角测量系统的零位偏置变化问题，实现了任何状态下均有高精度的零位偏置实测数据代入运算，确保不同倾角的测量精度。

该修正方法的建立，从根本上解决了加速度计水平倾角测量过程中的一大技术难题，不仅没有增加硬件成本，在实际操作中也方便快速，准确稳定，大大提升了加速度计在水平倾角测量中的测量精度。

附图说明

图1为单轴加速度计水平测量原理图；

图2为两轴水平倾角测量示意图；

图3为加速度计及其安装方式示意图，分别是门态安装(摆放角0°)、45°安装(摆放角45°)、摆态安装(摆放角90°)；

图4为信号调理电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

基于加速度计的水平倾角测量的基本原理为：通过加速度计测量重力加速度在其敏感轴上的分量解算加速度计敏感轴的水平倾角，由此实现水平度的测量。安装两个相互正交的加速度计即可测量载体的空间姿态。单轴加速度计的测量原理如图1所示。

图1中，加速度计的敏感方向与X轴重合，当加速度计在X轴与重力加速度矢量方向所在的平面内旋转倾角θ时，根据三角函数原理。重力矢量在X轴上的加速度分量，也就是加速度计的输出加速度为加速度测量方向与其在水平面内投影的夹角的正弦值与重力加速度的乘积。

AX[g]＝1g×sin(θ) ①

其中：AX[g]:X轴加速度计输出加速度；1g：重力加速度；θ：水平倾角。

根据图1的原理由计算机采集加速度计的输出并进行计算即可实现倾角测量。但是实际的加速度计在其倾角θ为0°时，其输出不为零，这就是零位偏置，而且零位偏置随其摆放角的不同而不同，而公式①的计算是基于零位偏置为零进行的，因此，我们需要将其零位偏置进行修正方可实现高精度的倾角测量。

实际的加速度计水平倾角测量如图2所示，也就是采用两个加速度计正交放置，如图2所示，在+X和+Y方向分别放置两个加速度计分别测量两维倾角，实现水平倾角测量。

由于加速度计的加工工艺的局限性，导致加速度计本身的摆放角的不同其零位偏置也有较大的差异，极限情况下即为门态摆放和摆态摆放，其摆放角分别为0°和90°。还有摆放角为45°的情况，如图3所示。而在实际如图2所示的两轴水平倾角测量中，Y轴的倾角即为X轴的摆放角，X轴的倾角为Y轴的摆放角。这样我们就可以预先在精密立式旋转台测量出加速度计在摆放角为0°到90°之间每隔1°的零位偏置的实际数据，建立测量基准数据表格，将该表格固化于主控程序用于在线修正。

在实际使用时，X方向加速度计的摆放角由Y加速度计测量出，虽然未经过零位偏置的修正，但是作为摆放角的测量其精度足够，然后查表获取X轴加速度计在这一摆放角的状态下其零位偏置的实测值并修正。Y方向加速度计的摆放角由X加速度计测量出，虽然未经过零位偏置的修正，但是作为摆放角的测量其精度足够，然后查表获取Y轴加速度计在这一摆放角的状态下其零位偏置的实测值并修正。实现基于加速度计的水平倾角测量时的零位偏置的再现修正。

加速度计的测量原理为作用在内部线圈的伺服回路控制石英摆片处于平衡位置。根据电容测长原理实现位置反馈。从而控制伺服回路的驱动电流保证石英摆片的平衡。由此加速度计输出相应的测量电流表征测量加速度的大小。电流信号经过信号调理后，有AD转换进入CPU，然后在CPU中查表计算即可输出高精度的水平测量数据。其基本过程为如图4所示。

系统搭建完成后，可按照如下步骤对加速度计的零位偏置进行测量和修正。

步骤一：将被测加速度计放置在精密立式旋转台上(旋转台需要达到3角秒的测量精度)，调整加速度计使其敏感方向水平，如图1中θ＝0°，摆放角为0°，记录此时加速度计的测量输出数据AX0，单位角秒。

步骤二：转动旋转台，使其摆放角变为1°，时刻保持加速度计敏感方向水平，记录此时加速度计的测量输出数据AX1，单位角秒。

步骤三：继续转动旋转台，使其摆放角变为2°，时刻保持加速度计敏感方向水平，记录此时加速度计的测量输出数据AX2，单位角秒。

步骤四：以1°的步距，直到旋转到摆放角为90°，记录各个摆放角时的测量数据，以同样的方式测量Y轴的在不同摆放角下的零位偏置，记作AY+摆放角。

步骤五：然后按照如下建立表格。

步骤六：将此表格以二维数组的方式放置在程序中，在程序运行时，首先根据X、Y轴互相测量的摆放角，对摆放角按度取整，然后进行查表，获得当前的零位偏置数据，在数据输出前进行修正，实现更高精度的倾角测量数据的输出。

Claims (2)

1.一种加速度计零位偏置修正方法，其特征在于：两轴水平倾角测量中，Y轴的倾角即为X轴的摆放角，X轴的倾角为Y轴的摆放角，预先在精密立式旋转台测量出加速度计在摆放角为0°到90°之间每隔1°的零位偏置的实际数据，建立测量基准数据表格，将该表格固化于主控程序用于在线修正；

实际使用时，X方向加速度计的摆放角由Y加速度计测量出，然后查表获取X轴加速度计在这一摆放角的状态下其零位偏置的实测值并修正；Y方向加速度计的摆放角由X加速度计测量出，然后查表获取Y轴加速度计在这一摆放角的状态下其零位偏置的实测值并修正。

2.根据权利要求1所述的加速度计零位偏置修正方法，其特征在于：所述的精密立式旋转台需要达到3角秒的测量精度。