CN110411481A - 陀螺仪不正交误差的校准方法及校准系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种陀螺仪不正交误差的校准方法及校准系统。该方法包括：步骤S110、初始化云台上陀螺仪各轴向不正交误差为零，控制云台各轴关节角处于初始零位；步骤S120、控制云台的一轴绕对应轴向转预设角度，更新转动次数；步骤S130、获取云台各轴关节角变化值及陀螺仪测得的各轴向角速度，计算转动轴轴向的不正交误差，并对各轴向的角速度进行校准；步骤S140、判断是否满足预设条件，若否，返回执行步骤S120；若是，控制该轴回到初始零位；步骤S150、判断各轴是否校准完毕，若否，控制其他轴执行步骤S120‑S140，若是，结束。本发明通过将陀螺仪安装于云台上直接校准不正交误差，避免安装误差的影响。

Description

陀螺仪不正交误差的校准方法及校准系统

技术领域

本发明涉及机器/仪器校准技术领域，尤其涉及一种陀螺仪不正交误差的校准方法及校准系统。

背景技术

MEMS(微电机系统，Micro-Electro-Mechanical-System)陀螺仪用于测量角速度，被广泛应用于可穿戴设备、无人机、云台等电子类产品上，以实现基于所测量的角速度解算物体的姿态信息。由于受陀螺仪自身工作原理、结构以及集成制造、安装等因素的影响，陀螺仪的轴向之间不能正交，从而导致存在一定的测量误差，而且陀螺仪还存在零位误差、比例因素误差及温度漂移的现象。

陀螺仪的零位误差会使陀螺仪静止时仍测出角速度，即使陀螺仪静止，但零位误差引起角速度积分得到的角度仍会不断增大，角度误差不断积累，陀螺仪的比例因素误差会使测出的角速度和实际角速度存在一定比例关系。陀螺仪的不正交误差会使绕某一轴转动时在其他轴仍能测出角速度。陀螺仪的零位误差、比例因素误差及不正交误差之间的数学模型可由以下公式表示：

其中，x₀、y₀、z₀为零位误差，x、y、z为真实的三轴轴向的角速度，x_m、y_m、z_m为陀螺仪测量的三轴轴向的角速度，K_xx、K_yy、K_zz为比例因素误差、K_xy、K_xz、K_yx、K_yz、K_zx、K_zy为不正交误差。

这些误差严重影响陀螺仪的精度，因此，在使用前需对陀螺仪的误差进行校准，传统的不正交误差的校准一般采用将陀螺仪在高精度转台上转动得到多组实际角速度和测量角速度，采用数据拟合的方法计算得到不正交误差的误差值，需要外部辅助设备进行校准，且校准后的陀螺仪安装到设备端时容易引入安装误差，该安装误差无法消除，仍影响安装后的陀螺仪的精度，从而导致设备仍存在一定的测量误差。

发明内容

本发明实施例提供了一种陀螺仪不正交误差的校准方法及校准系统，旨在无需外部辅助设备直接进行陀螺仪不正交误差的校准，避免安装误差对陀螺仪测量精度的影响，提升陀螺仪测量结果的准确性。

第一方面，本发明实施例提供了一种陀螺仪不正交误差的校准方法，其包括：步骤S110、初始化云台上陀螺仪各轴轴向的不正交误差为零，控制云台各轴的关节角处于初始零位；步骤S120、控制云台的一轴绕对应的轴向转动预设角度，更新转动次数；步骤S130、获取云台各轴的关节角变化值及陀螺仪检测获得的各轴轴向的角速度，计算转动轴轴向的不正交误差，并对各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果；步骤S140、判断是否满足预设条件，若否，返回执行步骤S120；若是，控制云台的转动轴回到初始零位；步骤S150、判断陀螺仪各轴是否校准完毕，若是，结束校准，若否，控制云台的其他轴执行步骤S120-S140。

第二方面，本发明实施例还提供了一种陀螺仪不正交误差的校准系统，用于校准云台的陀螺仪，所述陀螺仪安装于云台上，以根据云台的转动而测量各轴轴向的角速度，所述校准系统包括有初始化模块、转动控制模块、转动计数器、采集处理模块、存储模块、记录模块以及调控模块，所述初始化模块包括陀螺仪初始化单元及云台初始化单元，所述陀螺仪初始化单元与陀螺仪连接，用于初始化云台上陀螺仪各轴轴向的不正交误差为零；所述云台初始化单元与云台连接，用于控制云台各轴的关节角处于初始零位；所述转动控制模块与云台连接，用于控制云台的一轴绕对应的轴向转动预设角度；所述转动计数器用于统计转动轴的转动次数；所述采集处理模块分别与所述云台及陀螺仪连接，用于获取云台各轴的关节角变化值及陀螺仪检测获得的各轴轴向的角速度，计算转动轴轴向的不正交误差，并对各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果；所述存储模块用于存储控制云台的转动轴回到初始零位的预设条件；所述记录模块用于对回到初始零位的转动轴进行记录；所述调控模块分别与所述初始化模块、转动控制模块、转动计数器、采集处理模块、存储模块及记录模块通信连接，以控制其工作。

本发明实施例提供了一种陀螺仪不正交误差的校准方法及校准系统。本发明实施例由于陀螺仪直接安装于云台上，初始化云台各轴的关节角处于初始零位，并控制云台的一轴绕对应的轴向转动，根据云台各非转动轴的关节角变化值计算转动轴轴向的不正交误差并根据计算获得的不正交误差直接对陀螺仪检测获得的各轴向的角速度进行校准，可实现无需外部辅助设备直接进行陀螺仪不正交误差的校准，并通过多次转动实现渐进迭代计算，从而获得准确的不正交误差，以提高校准的准确率，而且，校准后的陀螺仪无需重新安装于设备端，避免安装误差对陀螺仪测量精度的影响，提升陀螺仪测量结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以提供这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的陀螺仪不正交误差的校准系统的示意性框图；

图2为本发明实施例提供的陀螺仪不正交误差的校准系统的采集处理模块的示意性框图；

图3为本发明实施例提供的陀螺仪不正交误差的校准系统的采集单元的示意性框图；

图4为本发明实施例提供的陀螺仪不正交误差的校准方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的陀螺仪不正交误差的校准方法的子流程示意图；以及

图6为本发明另一实施例提供的陀螺仪不正交误差的校准方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其他情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的属于“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的陀螺仪不正交误差的校准系统的示意性框图。如图1所示，本发明提供一种陀螺仪不正交误差的校准系统10，该陀螺仪不正交误差的校准系统10用于校准云台20的陀螺仪30，所述陀螺仪30安装于云台20上，以根据云台20的转动而测量各轴轴向的角速度。

所述陀螺仪不正交误差的校准系统10包括有初始化模块110、转动控制模块120、转动计数器130、采集处理模块140、存储模块150、记录模块160及调控模块170。所述调控模块170分别与所述初始化模块110、转动控制模块120、转动计数器130、采集处理模块140、存储模块150及记录模块160通信连接，以控制其工作。

所述初始化模块110包括陀螺仪初始化单元111及云台初始化单元112，所述陀螺仪初始化单元111与所述陀螺仪30连接，用于初始化云台20上的陀螺仪30各轴轴向的不正交误差为零。所述云台初始化单元112与所述云台20连接，用于控制云台20各轴的关节角处于初始零位。其中，所述云台20各轴的关节角均处于初始零位，则云台20各轴的关节角处于正交状态。

所述转动计数器130用于统计转动轴的转动次数。所述初始化模块110的初始化操作完成后，发送初始化完成信号至调控模块170，调控模块170控制转动计数器130工作以更新转动次数并发送触发信号至转动控制模块120。所述更新转动次数为统计的转动次数加一，转动次数用i表示，转动计数器130开始计数时，转动次数i＝1。

所述转动控制模块120与云台20连接，用于控制云台20的一轴绕对应的轴向转动预设角度。转动可分为正向转动和反向转动两种。所述转动控制模块120接收到触发信号后，根据预设的转动规则，控制云台20的其中一轴绕其对应的轴向正向或反向转动预设角度。所述触发信号中包括带有转动规则的控制信息，所述转动规则包括云台20转动的轴、转动方向及角度，所述转动方向可为正向或反向。所述转动控制模块120根据接收到的触发信号的带有转动规则的控制信息，控制云台20按照转动规则转动。当然，在其他实施例中，角度可由转动时间来确定，相应地，则转动规则包括云台20转动的轴、转动方向及转动时间，以控制云台20的其中一轴绕其对应的轴向正向或反向旋转预设时间从而使得该轴转动至对应的角度。

所述采集处理模块140分别与所述云台20及陀螺仪30连接，用于在每次转动轴转动的过程中获取云台20各轴的关节角变化值及陀螺仪30检测获得的各轴轴向的角速度，计算转动轴轴向的不正交误差，并对各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果，并将获得的云台20各轴的关节角变化值及校准后的各轴测量结果发送至调控模块170。所述校准后的各轴测量结果为陀螺仪30三轴轴向的真实角速度。其中，转动轴代表转动控制模块120控制云台20转动的一轴，非转动轴代表云台20除转动控制模块120控制转动的该轴外的其他轴。

所述存储模块150用于存储控制云台20的转动轴回到初始零位的预设条件及控制云台20的轴转动的转动规则，所述记录模块160用于对回到初始零位的转动轴进行记录。当云台20的转动轴完成转动时，所述转动控制模块120发送转动完成信号至调控模块170；所述采集处理模块140将校准后的各轴测量结果发送至调控模块170；所述调控模块170接收到转动完成信号后，获取转动计数器130统计的转动次数，获取存储模块150中存储的预设条件，判断是否满足预设条件，若不满足预设条件，所述调控模块170发送触发信号至转动控制模块120以控制其继续工作，控制转动计数器130更新转动次数，并控制采集处理模块140工作。若满足预设条件，则调控模块170发送复位信号至转动控制模块120以控制云台20的转动轴回到初始零位，即调控模块170发送复位信号至转动控制模块120控制云台20的转动轴转动而使得转动轴的关节角处于初始零位，同时，调控模块170控制转动计数器130统计的转动次数归零。所述转动控制模块120控制云台20的转动轴回到初始零位后，发送复位完成信号至调控模块170；调控模块170控制记录模块160对回到初始零位的转动轴进行记录，并获取记录模块160的记录信息，判断云台20的各轴是否均被记录，从而判断陀螺仪30的各轴是否校准完毕，若是，结束校准；若否，发送触发信号至转动控制模块120控制记录模块160中没被记录的云台20的其他轴按照预设的转动规则转动，并控制转动计数器130更新转动次数，同时控制采集处理模块140工作。其中，所述预设条件可为云台20的转动轴的转动次数达到预设的转动次数阈值，则判断是否满足预设条件具体为：判断云台20的转动轴的转动次数是否达到预设的转动次数阈值。

当然，在其他实施例中，所述预设条件可为云台各非转动轴的关节角变化值的绝对值小于预设的关节角变化值阈值，则判断是否满足预设条件具体为：根据获得的云台20的各非转动轴的关节角变化值，判断所述云台20的各非转动轴的关节角变化值的绝对值是否小于预设的关节角变化值阈值。

在一实施例中，如图2所示，所述采集处理模块140包括采集单元141、分析处理单元142及校准单元143。所述采集单元141分别与所述云台20及陀螺仪30连接，用于获取云台20各轴的关节角变化值及陀螺仪30检测获得的各轴轴向的角速度，并将获得的云台20各轴的关节角变化值发送至分析处理单元142，将获得的各轴轴向的角速度发送至校准单元143。所述分析处理单元142用于根据接收到的云台20各轴的关节角变化值，基于云台20云台各非转动轴的关节角变化值计算转动轴轴向的不正交误差，并将计算获得的转动轴轴向的不正交误差发送至校准单元143。所述校准单元143用于根据接收到的转动轴轴向的不正交误差，对各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果。

具体地，所述分析处理单元142包括计算单元1421，所述计算单元1421用于根据云台20的各非转动轴的关节角变化值利用公式(1)计算转动轴轴向的不正交误差：

K_i＝K_i-1+s_dαD_i i≥1 (1)

式中，i表示转动次数，K_i、K_i-1分别表示第i次和第i-1次的不正交误差值，K₀初始化为0，D_i表示第i次的云台20的各非转动轴的关节角变化值，α表示固定系数，s_d表示转动轴转动方向相关系数，其中，当转动轴绕对应的轴向正向转动时，s_d为-1，当转动轴绕对应的轴向反向转动时，s_d为1。

在一实施例中，如图3所示，所述采集单元141包括第一获取单元1411及第二获取单元1412，所述第一获取单元1411用于获取安装在云台20上的陀螺仪30检测获得的各轴轴向的角速度并发送至校准单元143。所述第二获取单元1412用于获取云台20各轴的关节角变化值并发送至分析处理单元142。

其中，所述云台20采用三轴云台，其包括三个轴，分别为roll轴(横滚轴)、pitch轴(俯仰轴)及yaw轴(航向轴)，分别对应于空间坐标系的x轴、y轴及z轴，所述陀螺仪30采用三轴陀螺仪，检测的轴向分别包括x轴、y轴及z轴。云台20转动时，所述roll轴绕x轴轴向旋转，所述pitch轴绕y轴轴向旋转，所述yaw轴绕z轴轴向旋转。所述陀螺仪30安装于所述云台20上，用于根据云台20各轴的转动而测量各轴轴向的角速度。在每一次转动中，由于陀螺仪30存在不正交误差，则云台20的其中一轴绕对应的轴向转动时，其余各轴也会转动，使得云台20的各非转动轴的关节角发生变化。第i次转动中云台20的各非转动轴的关节角变化值用D_i表示，此时，云台20的各非转动轴的关节角变化值D_i可利用公式(2)可获得：

D_i＝d_i-d₀ (2)

式中，d_i表示第i次的各非转动轴的最大关节角值，d₀表示各非转动轴的关节角的初始位置。

而由于云台20为三轴云台，则一轴转动时，其余二轴对应的关节角均发生变化。利用云台20的各非转动轴的关节角变化值和转动轴的转动方向可计算修正转动轴轴向的不正交误差，并通过不正交误差对陀螺仪检测获得的各轴轴向的角速度进行校准调整，获得陀螺仪30三轴轴向的真实角速度，实现转动轴轴向的不正交误差的校准。

陀螺仪30三轴轴向的真实角速度与陀螺仪30测量的三轴轴向的角速度之间的关系可由公式(3)表示：

其中，i表示转动次数，x₀、y₀、z₀为零位误差，x_i、y_i、z_i为第i次的真实的三轴轴向的角速度，x_im、y_im、z_im为第i次的陀螺仪30测量的三轴轴向的角速度，K_xx、K_yy、K_zz为比例因素误差，K_ixy、K_ixz、K_iyx、K_iyz、K_izx、K_izy为第i次的不正交误差，分别根据第i次的云台20的各非转动轴的关节角变化值D_i结合公式(1)计算获得。当roll轴绕x轴的轴向旋转时，对应的x轴的不正交误差为K_ixy和K_ixz；当pitch轴绕y轴的轴向旋转时，对应的y轴的不正交误差为K_iyx和K_iyz；当yaw轴绕z轴的轴向旋转时，对应的z轴的不正交误差为K_izx和K_izy。

第i次转动时，所述转动控制模块120可控制云台20的roll轴绕x轴正向旋转预设角度，此时，roll轴为转动轴，pitch轴及yaw轴为非转动轴，由于陀螺仪30存在不正交误差，则在roll轴转动的过程中，pitch轴的关节角及yaw轴的关节角均发生变化，而非处于初始零位的正交状态。则所述采集处理模块140可获取云台20各轴的关节角变化值及陀螺仪30检测获得的各轴轴向的角速度，由于roll轴绕x轴旋转，则pitch轴的最大关节角值用d_ixy表示，yaw轴的最大关节角值用d_ixz表示，又初始状态下，各轴的关节角处于初始零位，则可结合公式(2)可分别获得pitch轴的关节角变化值D_ixy及yaw轴的关节角变化值D_ixz。然后，根据计算获得的云台20的pitch轴的关节角变化值D_ixy及yaw轴的关节角变化值D_ixz可利用公式(1)分别计算获得roll轴轴向即x轴的不正交误差K_ixy和K_ixz。最后，根据计算获得的roll轴轴向即x轴的不正交误差K_ixy和K_ixz，结合公式(3)，对各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果。其中，轴的转动采用右手螺旋法则，则roll轴绕x轴正向转动时，右手拇指指向轴向的正向，其余四指代表转动方向，则roll轴绕x轴正向转动为roll轴绕x轴轴向逆时针方向旋转；相应地，若roll轴绕x轴反向转动为roll轴绕x轴轴向顺时针方向旋转。

同理，当转动控制模块120控制云台20的pitch轴绕y轴正向旋转预设角度，则pitch轴绕y轴轴向逆时针方向旋转，相应地，若pitch轴绕y轴反向旋转，则pitch轴绕y轴轴向顺时针方向旋转，此时，pitch轴为转动轴，roll轴及yaw轴为非转动轴，由于陀螺仪30存在不正交误差，则在pitch轴转动的过程中，roll轴的关节角及yaw轴的关节角均发生变化，而非处于初始零位的正交状态。则所述采集处理模块140可获取云台20各轴的关节角变化值及陀螺仪30检测获得的各轴轴向的角速度，由于pitch轴绕y轴旋转，则roll轴的最大关节角值用d_iyx表示，yaw轴的最大关节角值用d_iyz表示，又初始状态下，各轴的关节角处于初始零位，则可结合公式(2)可分别获得roll轴的关节角变化值D_iyx及yaw轴的关节角变化值D_iyz。然后，根据获得的云台20的roll轴的关节角变化值D_iyx及yaw轴的关节角变化值D_iyz可利用公式(1)分别计算获得pitch轴轴向即y轴的不正交误差K_iyx和K_iyz。最后，根据计算获得的pitch轴轴向即y轴的不正交误差K_iyx和K_iyz，结合公式(3)，对各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果。

同理，当转动控制模块120控制云台20的yaw轴绕z轴正向旋转预设角度，则yaw轴绕z轴轴向逆时针方向旋转，相应地，若yaw轴绕z轴反向旋转，则yaw轴绕z轴轴向顺时针方向旋转，此时，yaw轴为转动轴，roll轴及pitch轴为非转动轴，由于陀螺仪30存在不正交误差，则在yaw轴转动的过程中，roll轴的关节角及pitch轴的关节角均发生变化，而非处于初始零位的正交状态。则所述采集处理模块140可获取云台20各轴的关节角变化值及陀螺仪30检测获得的各轴轴向的角速度，由于yaw轴绕z轴旋转，则roll轴的最大关节角值用d_izx表示，pitch轴的最大关节角值用d_izy表示，又初始状态下，各轴的关节角处于初始零位，则可结合公式(2)可分别获得roll轴的关节角变化值D_izx及pitch轴的关节角变化值D_izy。然后，根据获得的云台20的roll轴的关节角变化值D_izx及pitch轴的关节角变化值D_izy可利用公式(1)分别计算获得yaw轴轴向即z轴的不正交误差K_izx和K_izy。最后，根据计算获得的yaw轴轴向即z轴的不正交误差K_izx和K_izy，结合公式(3)，对陀螺仪30检测获得的各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果。

当然，在其他实施例中，所述云台20可采用二轴云台，相应地，所述陀螺仪30采用二轴陀螺仪。

基于上述设计，工作时，初始化模块110的陀螺仪初始化单元111初始化云台20上的陀螺仪30各轴轴向的不正交误差为零，云台初始化单元112控制云台20各轴的关节角处于初始零位；初始化模块110完成工作后，调控模块170发送触发信号至转动控制模块120，转动控制模块120根据接收到的触发信号，按照预设的转动规则，控制云台20的roll轴绕x轴正向或反向转动预设角度，并在转动完成后发送转动完成信号至调控模块170；转动计数器130更新转动次数；采集处理模块140获取云台20各轴的关节角变化值及陀螺仪30检测获得的各轴轴向的角速度，根据获得的云台20的pitch轴的关节角变化值及yaw轴的关节角变化值利用公式(1)对应分别计算roll轴轴向即x轴的不正交误差K_ixy和K_ixz，根据计算获得的roll轴轴向即x轴的不正交误差K_ixy和K_ixz，结合公式(3)，对各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果，并将云台20各轴的关节角变化值及校准后的各轴测量结果发送至调控模块170；所述调控模块170在接收到转动完成信号后，获取转动计数器130统计的转动次数，获取存储模块150中存储的预设条件，判断是否满足预设条件，若不满足预设条件，所述调控模块170发送触发信号至转动控制模块120以控制按照预设的转动规则，控制云台20的roll轴绕x轴沿与上一次转动的反方向转动预设角度，并在转动完成后发送转动完成信号至调控模块170；控制转动计数器130更新转动次数，控制采集处理模块140工作，并在接收到转动完成信号后继续判断是否满足预设条件。若满足预设条件，则调控模块170发送复位信号至转动控制模块120以控制云台的转动轴回到初始零位，同时，调控模块170控制转动计数器130统计的转动次数归零。所述转动控制模块120控制云台20的转动轴回到初始零位后，发送复位完成信号至调控模块170，调控模块170控制记录模块160对回到初始零位的转动轴进行记录，并获取记录模块160的记录信息，判断云台20的各轴是否均被记录，从而判断陀螺仪30的各轴是否校准完毕，若是，结束校准；若否，发送触发信号至转动控制模块120控制记录模块160中没被记录的云台20的其他轴按照预设的转动规则转动，并控制转动计数器130更新转动次数，同时控制采集处理模块140工作；在转动完成后转动控制模块120发送转动完成信号至调控模块170；调控模块170在接收到转动完成信号后继续判断是否满足预设条件以控制校准的进行和结束。

本发明还提供了陀螺仪不正交误差的校准系统的另一种优选实施例，在此实施例中，所述陀螺仪不正交误差的校准系统包括有处理器及存储器，处理器用于执行于存储于存储器中的如下程序模块：

初始化模块，包括陀螺仪初始化单元及云台初始化单元，所述陀螺仪初始化单元与陀螺仪连接，用于初始化云台上陀螺仪各轴轴向的不正交误差为零；所述云台初始化单元与云台连接，用于控制云台各轴的关节角处于初始零位；

转动控制模块，与所述云台连接，用于控制云台的一轴绕对应的轴向转动预设角度；

转动计数器，用于统计转动轴的转动次数；

采集处理模块，分别与所述云台及陀螺仪连接，用于获取云台各轴的关节角变化值及陀螺仪检测获得的各轴轴向的角速度，计算转动轴轴向的不正交误差，并对各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果；

存储模块，用于存储控制云台的转动轴回到初始零位的预设条件；

记录模块，用于对回到初始零位的转动轴进行记录；以及

调控模块，分别与所述初始化模块、转动控制模块、转动计数器、采集处理模块、存储模块及记录模块通信连接，以控制其工作。

其中，所述处理器可以是MCU。

本发明实施例由于陀螺仪直接安装于云台上，利用初始化模块初始化云台各轴的关节角处于初始零位，通过转动控制模块控制云台的一轴绕轴向正向或反向转动，转动计数器统计转动次数，采集处理模块根据云台各非转动轴的关节角变化值计算转动轴轴向的不正交误差并根据计算获得的不正交误差直接对陀螺仪检测获得的各轴向的角速度进行校准，可实现无需外部辅助设备直接进行陀螺仪不正交误差的校准，通过调控模块的控制实现多次转动计算，获得准确的不正交误差，以提高校准的准确率，而且，校准后的陀螺仪无需重新安装于设备端，避免安装误差对陀螺仪测量精度的影响，提升陀螺仪测量结果的准确性。

图4是本发明实施例提供的陀螺仪不正交误差的校准方法的流程示意图。如图所示，该方法可基于上述陀螺仪不正交误差的校准系统进行，其包括以下步骤S110-S150。

步骤S110、初始化云台上陀螺仪各轴轴向的不正交误差为零，控制云台各轴的关节角处于初始零位。

步骤S120、控制云台的一轴绕对应的轴向转动预设角度，更新转动次数。其中，步骤S120具体为：控制云台的一轴绕对应的轴向正向或反向转动预设角度，更新转动轴的转动次数，执行步骤S130。

步骤S130、获取云台各轴的关节角变化值及陀螺仪检测获得的各轴轴向的角速度，计算转动轴轴向的不正交误差，并对各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果，执行步骤S140。

其中，转动轴代表云台转动的一轴，非转动轴代表云台除转动的该轴外的其他轴。

在一些实施例中，如图5所示，所述步骤S130具体包括：

步骤S131、获取云台各轴的关节角变化值及陀螺仪检测获得的各轴轴向的角速度。

步骤S132、根据云台各非转动轴的关节角变化值计算转动轴轴向的不正交误差。

在一些实施例中，所述步骤S132具体为：

利用公式(1)根据云台各非转动轴的关节角变化值计算转动轴轴向的不正交误差：

K_i＝K_i-1+s_dαD_i i≥1 (1)

式中，i表示转动次数，K_i、K_i-1分别表示第i次和第i-1次的不正交误差值，K₀初始化为0，D_i表示第i次的云台各非转动轴的关节角变化值，α表示固定系数，s_d表示转动轴转动方向相关系数，其中，当转动轴绕对应的轴向正向转动时，s_d为-1，当转动轴绕对应的轴向反向转动时，s_d为1。

步骤S133、根据转动轴轴向的不正交误差，对各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果。

其中，所述云台采用三轴云台，其包括三个轴，分别为roll轴(横滚轴)、pitch轴(俯仰轴)及yaw轴(航向轴)，分别对应空间坐标系的x轴、y轴及z轴，所述陀螺仪采用三轴陀螺仪，检测的轴向分别包括x轴、y轴及z轴。云台转动时，所述roll轴绕x轴轴向旋转，所述pitch轴绕y轴轴向旋转，所述yaw轴绕z轴轴向旋转。所述陀螺仪安装于所述云台上，用于根据云台各轴的转动而测量各轴轴向的角速度。在每一次转动中，由于陀螺仪存在不正交误差，则云台的其中一轴绕对应的轴向转动时，其余各轴也会转动，使得云台各非转动轴的关节角发生变化。第i次转动中云台各非转动轴的关节角变化值用D_i表示，此时，云台各非转动轴的关节角变化值D_i可利用公式(2)可获得：

D_i＝d_i-d₀ (2)

式中，d_i表示第i次的各非转动轴的最大关节角值，d₀表示各非转动轴的关节角的初始位置。

而由于云台为三轴云台，则一轴转动时，其余二轴的关节角均发生变化。利用云台各非转动轴的关节角变化值和转动轴的转动方向可计算修正转动轴轴向的不正交误差，并通过不正交误差对陀螺仪检测获得的各轴轴向的角速度进行校准调整，获得陀螺仪三轴轴向的真实角速度，实现转动轴轴向的不正交误差的校准。

陀螺仪三轴轴向的真实角速度与陀螺仪测量的三轴轴向的角速度之间的关系可由公式(3)表示：

其中，i表示转动次数，x₀、y₀、z₀为零位误差，x_i、y_i、z_i为第i次的真实的三轴轴向的角速度，x_im、y_im、z_im为第i次的陀螺仪测量的三轴轴向的角速度，K_xx、K_yy、K_zz为比例因素误差，K_ixy、K_ixz、K_iyx、K_iyz、K_izx、K_izy为第i次的不正交误差，分别根据第i次的云台各非转动轴的关节角变化值D_i结合公式(1)计算获得。当roll轴绕x轴的轴向旋转时，对应的x轴的不正交误差为K_ixy和K_ixz；当pitch轴绕y轴的轴向旋转时，对应的y轴的不正交误差为K_iyx和K_iyz；当yaw轴绕z轴的轴向旋转时，对应的z轴的不正交误差为K_izx和K_izy。

第i次转动时，当控制云台的roll轴绕x轴正向旋转预设角度，此时，roll轴为转动轴，pitch轴及yaw轴为非转动轴，由于陀螺仪存在不正交误差，则在roll轴转动的过程中，pitch轴的关节角及yaw轴的关节角均发生变化，而非处于初始零位的正交状态。由于roll轴绕x轴旋转，则pitch轴的最大关节角值用d_ixy表示，yaw轴的最大关节角值用d_ixz表示，又初始状态下，各轴的关节角处于初始零位，则可结合公式(2)可分别获得pitch轴的关节角变化值D_ixy及yaw轴的关节角变化值D_ixz。根据计算获得的云台的pitch轴的关节角变化值D_ixy及yaw轴的关节角变化值D_ixz可利用公式(1)分别计算获得roll轴轴向即x轴的不正交误差K_ixy和K_ixz。根据计算获得的roll轴轴向即x轴的不正交误差K_ixy和K_ixz，结合公式(3)，对各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果。其中，轴的转动采用右手螺旋法则，则roll轴绕x轴正向转动时，右手拇指指向轴向的正向，其余四指代表转动方向，则roll轴绕x轴正向转动为roll轴绕x轴轴向逆时针方向旋转；相应地，若roll轴绕x轴反向转动为roll轴绕x轴轴向顺时针方向旋转。

同理，当云台的pitch轴绕y轴正向旋转预设角度，则pitch轴绕y轴轴向逆时针方向旋转，相应地，若pitch轴绕y轴反向旋转，则pitch轴绕y轴轴向顺时针方向旋转，此时，pitch轴为转动轴，roll轴及yaw轴为非转动轴，由于陀螺仪存在不正交误差，则在pitch轴转动的过程中，roll轴的关节角及yaw轴的关节角均发生变化，而非处于初始零位的正交状态。由于pitch轴绕y轴旋转，则roll轴的最大关节角值用d_iyx表示，yaw轴的最大关节角值用d_iyz表示，又初始状态下，各轴的关节角处于初始零位，则可结合公式(2)可分别获得roll轴的关节角变化值D_iyx及yaw轴的关节角变化值D_iyz。然后，根据获得的云台的roll轴的关节角变化值D_iyx及yaw轴的关节角变化值D_iyz可利用公式(1)分别计算获得pitch轴轴向即y轴的不正交误差K_iyx和K_iyz。最后，根据计算获得的pitch轴轴向即y轴的不正交误差K_iyx和K_iyz，结合公式(3)，对各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果。

同理，当云台的yaw轴绕z轴正向旋转预设角度，则yaw轴绕z轴轴向逆时针方向旋转，相应地，若yaw轴绕z轴反向旋转，则yaw轴绕z轴轴向顺时针方向旋转，此时，yaw轴为转动轴，roll轴及pitch轴为非转动轴，由于陀螺仪存在不正交误差，则在yaw轴转动的过程中，roll轴的关节角及pitch轴的关节角均发生变化，而非处于初始零位的正交状态。由于yaw轴绕z轴旋转，则roll轴的最大关节角值用d_izx表示，pitch轴的最大关节角值用d_izy表示，又初始状态下，各轴的关节角处于初始零位，则可结合公式(2)可分别获得roll轴的关节角变化值D_izx及pitch轴的关节角变化值D_izy。然后，根据获得的云台的roll轴的关节角变化值D_izx及pitch轴的关节角变化值D_izy可利用公式(1)分别计算获得yaw轴轴向即z轴的不正交误差K_izx和K_izy。最后，根据计算获得的yaw轴轴向即z轴的不正交误差K_izx和K_izy，结合公式(3)，对陀螺仪检测获得的各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果。

当然，在其他实施例中，所述云台可采用二轴云台，相应地，所述陀螺仪采用二轴陀螺仪。

步骤S140、判断是否满足预设条件，若否，返回执行步骤S120；若是，控制云台的转动轴回到初始零位。

其中，所述预设条件可为云台的转动轴的转动次数达到预设的转动次数阈值。优选地，所述转动次数阈值为8。则所述步骤S140具体为：

步骤S140、判断云台的转动轴的转动次数是否达到预设的转动次数阈值，若否，返回执行步骤S120，继续对转动轴进行校准；若是，控制云台的转动轴回到初始零位，即控制云台的转动轴转动以使转动轴的关节角处于初始零位，执行步骤S150。

当然，在其他实施例中，所述预设条件可为云台各非转动轴的关节角变化值的绝对值小于预设的关节角变化值阈值，则此时，所述步骤S140具体为：

步骤S140、根据获得的云台各非转动轴的关节角变化值，判断所述云台各非转动轴的关节角变化值的绝对值是否小于预设的关节角变化值阈值，若否，返回执行步骤S120，继续对转动轴进行校准；若是，控制云台的转动轴回到初始零位，即控制云台的转动轴转动以使转动轴的关节角处于初始零位，执行步骤S150。

步骤S150、判断陀螺仪各轴是否校准完毕，若是，结束校准；若否，控制云台的其他轴执行步骤S120-S140，以对云台的其他轴进行校准。

本发明实施例由于陀螺仪直接安装于云台上，初始化云台各轴的关节角处于初始零位，通过控制云台的一轴绕对应的轴向正向或反向转动，根据云台各非转动轴的关节角变化值计算转动轴轴向的不正交误差并根据计算获得的不正交误差直接对陀螺仪检测获得的各轴向的角速度进行校准，可实现无需外部辅助设备直接进行陀螺仪不正交误差的校准，通过多次转动实现渐进迭代计算，获得准确的不正交误差，以提高校准的准确率，而且，校准后的陀螺仪无需重新安装于设备端，避免后续安装误差对陀螺仪测量精度的影响，提升陀螺仪测量结果的准确性。

图6是本发明另一实施例提供的一种陀螺仪不正交误差的校准方法的流程示意图。如图6所示，本实施例的陀螺仪不正交误差的校准方法包括步骤S210-S250，其中，步骤S210及步骤S230-S250与上述实施例中的步骤S110及步骤S130-S150类似，在此不再赘述。下面详细说明本实施例中的步骤S220。

步骤S220、控制云台的一轴绕对应的轴向正反向交替转动预设角度，且每次转动均更新转动轴的转动次数。

所述每次转动是指云台的一轴绕正向或反向的单次的转动，由于云台的每一轴存在限位以限制每一轴的转动角度，控制云台的轴正反向交替转动可避免由于限位引起的云台的轴无法转动而导致误差计算出错。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的。例如，各个单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。本发明实施例装置中的单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种陀螺仪不正交误差的校准方法，其特征在于，包括：

步骤S110、初始化云台上陀螺仪各轴轴向的不正交误差为零，控制云台各轴的关节角处于初始零位；

步骤S120、控制云台的一轴绕对应的轴向转动预设角度，更新转动次数；

步骤S130、获取云台各轴的关节角变化值及陀螺仪检测获得的各轴轴向的角速度，计算转动轴轴向的不正交误差，并对各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果；

步骤S140、判断是否满足预设条件，若否，返回执行步骤S120；若是，控制云台的转动轴回到初始零位；

步骤S150、判断陀螺仪各轴是否校准完毕，若是，结束校准，若否，控制云台的其他轴执行步骤S120-S140。

2.如权利要求1所述的陀螺仪不正交误差的校准方法，其特征在于，所述步骤S130包括：

步骤S131、获取云台各轴的关节角变化值及陀螺仪检测获得的各轴轴向的角速度；

步骤S132、根据云台各非转动轴的关节角变化值计算转动轴轴向的不正交误差；

步骤S133、根据转动轴轴向的不正交误差，对各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果。

3.如权利要求2所述的陀螺仪不正交误差的校准方法，其特征在于，所述步骤S132具体为：

利用以下计算式根据云台各非转动轴的关节角变化值计算转动轴轴向的不正交误差：

K_i＝K_i-1+s_dαD_i i≥1

式中，i表示转动次数，K_i、K_i-1分别表示第i次和第i-1次的不正交误差值，K₀初始化为0，D_i表示第i次的云台各非转动轴的关节角变化值，α表示固定系数，s_d表示转动轴转动方向相关系数，其中，当转动轴绕对应的轴向正向转动时，s_d为-1，当转动轴绕对应的轴向反向转动时，s_d为1。

4.如权利要求1所述的陀螺仪不正交误差的校准方法，其特征在于，所述步骤S140中的判断是否满足预设条件具体为：判断云台的转动轴的转动次数是否达到预设的转动次数阈值。

5.如权利要求1所述的陀螺仪不正交误差的校准方法，其特征在于，所述步骤S140中的判断是否满足预设条件具体为：根据获得的云台各非转动轴的关节角变化值，判断所述云台各非转动轴的关节角变化值的绝对值是否小于预设的关节角变化值阈值。

6.一种陀螺仪不正交误差的校准系统，用于校准云台的陀螺仪，所述陀螺仪安装于云台上，以根据云台的转动而测量各轴轴向的角速度，其特征在于，所述校准系统包括有：

初始化模块，包括陀螺仪初始化单元及云台初始化单元，所述陀螺仪初始化单元与陀螺仪连接，用于初始化云台上陀螺仪各轴轴向的不正交误差为零；所述云台初始化单元与云台连接，用于控制云台各轴的关节角处于初始零位；

转动控制模块，与所述云台连接，用于控制云台的一轴绕对应的轴向转动预设角度；

转动计数器，用于统计转动轴的转动次数；

采集处理模块，分别与所述云台及陀螺仪连接，用于获取云台各轴的关节角变化值及陀螺仪检测获得的各轴轴向的角速度，计算转动轴轴向的不正交误差，并对各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果；

存储模块，用于存储控制云台的转动轴回到初始零位的预设条件；

记录模块，用于对回到初始零位的转动轴进行记录；以及

调控模块，分别与所述初始化模块、转动控制模块、转动计数器、采集处理模块、存储模块及记录模块通信连接，以控制其工作。

7.如权利要求6所述的陀螺仪不正交误差的校准系统，其特征在于，所述采集处理模块包括：

采集单元，用于获取云台各轴的关节角变化值及陀螺仪检测获得的各轴轴向的角速度；

分析处理单元，用于根据云台各非转动轴的关节角变化值计算转动轴轴向的不正交误差；

校准单元，用于根据转动轴轴向的不正交误差，对各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果。

8.如权利要求7所述的陀螺仪不正交误差的校准系统，其特征在于，所述采集单元包括：

第一获取单元，用于获取云台上陀螺仪检测获得的各轴轴向的角速度并发送至所述校准单元；

第二获取单元，用于获取云台各轴的关节角变化值并发送至所述分析处理单元。

9.如权利要求7所述的陀螺仪不正交误差的校准系统，其特征在于，所述分析处理单元包括：

计算单元，用于根据云台各非转动轴的关节角变化值利用以下计算式计算转动轴轴向的不正交误差：

K_i＝K_i-1+s_dαD_i i≥1

式中，i表示转动次数，K_i、K_i-1分别表示第i次和第i-1次的不正交误差值，K₀初始化为0，D_i表示第i次的云台各非转动轴的关节角变化值，α表示固定系数，s_d表示转动轴转动方向相关系数，其中，当转动轴绕对应的轴向正向转动时，s_d为-1，当转动轴绕对应的轴向反向转动时，s_d为1。