CN110657821A - 一种轨道检测惯性测量装置的标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于惯性测量检测技术领域，具体涉及一种轨道检测惯性测量装置的标定方法。本方法分两个步骤，第一步为惯性测量装置的温度标定，第二步为惯性测量装置的温度梯度标定。首先是对温度进行标定，采用常规的六位置、六速率标定试验，解算出惯性器件的零位和标度因数，用其对惯性器件数据进行修正；然后对温度梯度进行标定，将温度梯度对惯性器件的影响等效成惯性器件误差随通电时间的变化规律。本标定方法首次将惯性器件随温度梯度的变化规律等效成随通电时间的变化规律，并利用惯性器件的标定参数简化惯性测量装置的标定方法，技术简单实用、有效，具有创新性，应用该新型标定技术能够大大提高标定精度，同时又能高效完成测试任务，达到了研究设计目标。

Description

一种轨道检测惯性测量装置的标定方法

技术领域

本发明属于惯性测量检测技术领域，具体涉及一种轨道检测惯性测量装置的标定方法。

背景技术

惯性测量装置中的惯性器件(陀螺仪和加速度计)在在装入系统后，由于残余应力释放、温度环境影响、安装结构变形等原因，其参数会发生一定的改变，因此都需要对惯性测量装置进行标定。目前国内对惯性测量装置常用的标定方法是在全温度范围内选取若干个(一般为八个或十个)温度点，每个温度点通过六位置、六速率等常规方法进行标定，然后将每个温度点标定出的惯性器件(陀螺仪和加速度计)参数采用分段线性拟合或者二阶非线性拟合等方式进行处理。用于轨道检测的惯性测量装置与一般惯性测量装置不同，具有工作时间长、无需正交等特点，采用常规标定方法不仅费时费力，而且标定精度不高，不足以满足轨道检测对惯性器件的需求。

本成果提供的标定方法就是在这种背景下产生的，该方法不仅节约了标定时间，而且标定精度有很大提高，完全满足要求。

惯性测量装置中的惯性器件(陀螺仪和加速度计)在生产过程中，都要对零位和标度因数的温度系数进行详细标定，但是在装入惯性测量装置后，由于温度梯度等方面的影响，惯性器件的零位和标度因数会发生变化，因此需要在惯性测量装置中重新进行标定。

发明内容

本成果发明了一种利用惯性器件的温度标定系数，在惯性测量装置中对温度梯度进行标定同时对惯性器件误差进行修正的方法，不仅提高惯性测量装置的精度，而且提高了标定效率。

为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：

一种轨道检测惯性测量装置的标定方法，本方法分两个步骤，第一步为惯性测量装置的温度标定，第二步为惯性测量装置的温度梯度标定。首先是对温度进行标定，采用常规的六位置、六速率标定试验，解算出惯性器件的零位和标度因数，用其对惯性器件数据进行修正；然后对温度梯度进行标定，将温度梯度对惯性器件的影响等效成惯性器件误差随通电时间的变化规律。

一种轨道检测惯性测量装置的标定方法，所述第一步惯性测量装置的温度标定，即在全温度范围内选取三个温度点，分别为低温、常温、高温点，在每个温度点首先进行常规的六位置、六速率标定试验，通过常规的标定解算方法解算出惯性器件的零位和标度因数，将惯性器件的零位和标度因数与单器件标定时的数值进行对比，得出差值，三个温度点共得三个差值，然后取平均做为修正值对惯性器件的标定参数进行修正，从而实现惯性测量装置的标定；

X轴加速度计的零位的修正公式如下：

式中：ΔK_ax0为X轴加速度计零位修正量，ΔK_ax0g、ΔK_ax0c、ΔK_ax0d分别为高温、常温、低温时X轴加速度计零位修正量。用ΔK_ax0作为修正量对X轴加速度计的器件级标定参数进行修正，作为系统级标定参数写入惯性测量装置的flash中，实现误差补偿；

利用上述的方法可以得出Y、Z加速度计零位，X、Y、Z加速度计标度因数的修正量；

对于陀螺仪，也用上述同样的方法修正，X轴陀螺仪的零位的公式如下：

式中：ΔK_gx0为X轴陀螺仪零位修正量，ΔK_gx0g、ΔK_gx0c、ΔK_gx0d分别为高温、常温、低温时X轴陀螺仪零位修正量。用ΔK_gx0作为修正量对X轴陀螺仪的器件级标定参数进行修正，作为系统级标定参数写入惯性测量装置的flash中，实现温度误差补偿；

利用上述的方法可以得出Y、Z陀螺仪零位，X、Y、Z陀螺仪标度因数的修正量。

一种轨道检测惯性测量装置的标定方法，所述第二步为惯性测量装置的温度梯度标定温度误差补偿完成后，接下来进行温度梯度误差补偿；

将惯性器件随温度梯度的变化规律等效成随通电时间的变化规律，选取三个位置，每个位置采集惯性器件的输出数据，根据三个位置分离出陀螺仪和加速度计的零位、标度因数随通电时间的变化规律，然后采用如下公式进行拟合；

X轴加速度计的零位的拟合公式如下：

K_ax＝K_ax0+K_ax1×t+K_ax2×t² (3)

式中：K_ax为X轴加速度计零位，K_ax0、K_ax1、K_ax2为X轴加速度计零位的随时间变化的系数，t为通电时间。采用最小二乘法便可计算出K_ax0、K_ax1、K_ax2，将K_ax0、K_ax1、K_ax2代入到公式(3)中即可得到X轴加速度计零位随通电时间的变化关系，也就是X轴加速度计零位随温度梯度的变化关系；

用上述同样的方法可以得到X加速度计的标度因数、Y和Z加速度计的零位和标度因数随时间变化的关系，也就是随温度梯度的变化关系；

对于陀螺仪，采用用同样的方法，X轴陀螺仪的零位计算公式如下：

K_gx＝K_gx0+K_gx1×t+K_gx2×t² (4)

式中：K_gx为X轴陀螺仪零位，K_gx0、K_gx1、K_gx2为X轴陀螺仪零位的随时间变化的系数，t为通电时间。采用最小二乘法便可计算出K_gx0、K_gx1、K_gx2，将K_gx0、K_gx1、K_gx2代入到公式(4)中即可得到X轴陀螺仪零位随通电时间的变化关系，也就是X轴陀螺仪零位随温度梯度的变化关系；

同样的方法计算得到X轴陀螺仪的标度因数、Y和Z陀螺仪的零位和标度因数随时间变化的关系，随温度梯度的变化关系；

将以上补偿公式和补偿参数写入惯性测量装置的flash中，从而实现惯性器件误差随温度梯度的变化关系。

一种轨道检测惯性测量装置的标定方法，所述每个位置采集惯性器件的输出数据的采集时间为40min。

本发明的有益效果为：本标定方法首次将惯性器件随温度梯度的变化规律等效成随通电时间的变化规律，并利用惯性器件的标定参数简化惯性测量装置的标定方法，技术简单实用、有效，具有创新性，应用该新型标定技术能够大大提高标定精度，同时又能高效完成测试任务，达到了研究设计目标。

附图说明

图1为轨道检测惯性测量装置的标定方法。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明详细说明。

下面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、完整的叙述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。

本方法分两个步骤，分别实现惯性测量装置的温度标定和温度梯度标定。首先是对温度进行标定，采用常规的六位置、六速率标定试验，解算出惯性器件的零位和标度因数，用其对惯性器件数据进行修正；然后对温度梯度进行标定，将温度梯度对惯性器件的影响等效成惯性器件误差随通电时间的变化规律。

首先为温度标定。全温度范围内选取三个温度点，分别为低温、常温、高温点，在每个温度点首先进行常规的六位置、六速率标定试验，通过常规的标定解算方法解算出惯性器件(三个陀螺仪和三个加速度计)的零位和标度因数，将惯性器件的零位和标度因数与单器件标定时的数值进行对比，得出差值，三个温度点共得三个差值，然后取平均做为修正值对惯性器件的标定参数进行修正，从而实现惯性测量装置的标定。

以X轴加速度计的零位为例，修正公式如下：

式中：ΔK_ax0为X轴加速度计零位修正量，ΔK_ax0g、ΔK_ax0c、ΔK_ax0d分别为高温、常温、低温时X轴加速度计零位修正量。用ΔK_ax0作为修正量对X轴加速度计的器件级标定参数进行修正，作为系统级标定参数写入惯性测量装置的flash中，实现误差补偿。

同样的方法可以得出Y、Z加速度计零位，X、Y、Z加速度计标度因数的修正量。

对于陀螺仪来说，也用同样的方法修正，以X轴陀螺仪的零位为例，公式如下：

式中：ΔK_gx0为X轴陀螺仪零位修正量，ΔK_gx0g、ΔK_gx0c、ΔK_gx0d分别为高温、常温、低温时X轴陀螺仪零位修正量。用ΔK_gx0作为修正量对X轴陀螺仪的器件级标定参数进行修正，作为系统级标定参数写入惯性测量装置的flash中，实现温度误差补偿。利用上述的方法可以得出Y、Z陀螺仪零位，X、Y、Z陀螺仪标度因数的修正量。

温度误差补偿完成后，接下来进行温度梯度误差补偿。

实施方式是将惯性器件随温度梯度的变化规律等效成随通电时间的变化规律，具体做法为：选取三个位置，每个位置采集惯性器件的输出数据，采集时间为40min，根据三个位置很容易分离出陀螺仪和加速度计的零位、标度因数随通电时间的变化规律，然后采用如下公式进行拟合。

同样以X轴加速度计的零位为例，拟合公式如下：

K_ax＝K_ax0+K_ax1×t+K_ax2×t² (3)

式中：K_ax为X轴加速度计零位，K_ax0、K_ax1、K_ax2为X轴加速度计零位的随时间变化的系数，t为通电时间。采用最小二乘法便可计算出K_ax0、K_ax1、K_ax2，将K_ax0、K_ax1、K_ax2代入到公式(3)中即可得到X轴加速度计零位随通电时间的变化关系，也就是X轴加速度计零位随温度梯度的变化关系。

同样的方法可以得到X加速度计的标度因数、Y和Z加速度计的零位和标度因数随时间变化的关系，也就是随温度梯度的变化关系。

对于陀螺仪来说，也用同样的方法，以X轴陀螺仪的零位为例，公式如下：

K_gx＝K_gx0+K_gx1×t+K_gx2×t² (4)

式中：K_gx为X轴陀螺仪零位，K_gx0、K_gx1、K_gx2为X轴陀螺仪零位的随时间变化的系数，t为通电时间。采用最小二乘法便可计算出K_gx0、K_gx1、K_gx2，将K_gx0、K_gx1、K_gx2代入到公式(4)中即可得到X轴陀螺仪零位随通电时间的变化关系，也就是X轴陀螺仪零位随温度梯度的变化关系。

同样的方法可以得到X轴陀螺仪的标度因数、Y和Z陀螺仪的零位和标度因数随时间变化的关系，随温度梯度的变化关系。

将以上补偿公式和补偿参数写入惯性测量装置的flash中，从而实现惯性器件误差随温度梯度的变化关系。

Claims (4)

1.一种轨道检测惯性测量装置的标定方法，其特征在于：本方法分两个步骤，第一步为惯性测量装置的温度标定，第二步为惯性测量装置的温度梯度标定。首先是对温度进行标定，采用常规的六位置、六速率标定试验，解算出惯性器件的零位和标度因数，用其对惯性器件数据进行修正；然后对温度梯度进行标定，将温度梯度对惯性器件的影响等效成惯性器件误差随通电时间的变化规律。

2.如权利要求1所述的一种轨道检测惯性测量装置的标定方法，其特征在于：所述第一步惯性测量装置的温度标定，即在全温度范围内选取三个温度点，分别为低温、常温、高温点，在每个温度点首先进行常规的六位置、六速率标定试验，通过常规的标定解算方法解算出惯性器件的零位和标度因数，将惯性器件的零位和标度因数与单器件标定时的数值进行对比，得出差值，三个温度点共得三个差值，然后取平均做为修正值对惯性器件的标定参数进行修正，从而实现惯性测量装置的标定；

X轴加速度计的零位的修正公式如下：

式中：ΔK_ax0为X轴加速度计零位修正量，ΔK_ax0g、ΔK_ax0c、ΔK_ax0d分别为高温、常温、低温时X轴加速度计零位修正量。用ΔK_ax0作为修正量对X轴加速度计的器件级标定参数进行修正，作为系统级标定参数写入惯性测量装置的flash中，实现误差补偿；

利用上述的方法可以得出Y、Z加速度计零位，X、Y、Z加速度计标度因数的修正量；

对于陀螺仪，也用上述同样的方法修正，X轴陀螺仪的零位的公式如下：

式中：ΔK_gx0为X轴陀螺仪零位修正量，ΔK_gx0g、ΔK_gx0c、ΔK_gx0d分别为高温、常温、低温时X轴陀螺仪零位修正量。用ΔK_gx0作为修正量对X轴陀螺仪的器件级标定参数进行修正，作为系统级标定参数写入惯性测量装置的flash中，实现温度误差补偿；

利用上述的方法可以得出Y、Z陀螺仪零位，X、Y、Z陀螺仪标度因数的修正量。

3.如权利要求1所述的一种轨道检测惯性测量装置的标定方法，其特征在于：所述第二步为惯性测量装置的温度梯度标定温度误差补偿完成后，接下来进行温度梯度误差补偿；

将惯性器件随温度梯度的变化规律等效成随通电时间的变化规律，选取三个位置，每个位置采集惯性器件的输出数据，根据三个位置分离出陀螺仪和加速度计的零位、标度因数随通电时间的变化规律，然后采用如下公式进行拟合；

X轴加速度计的零位的拟合公式如下：

K_ax＝K_ax0+K_ax1×t+K_ax2×t² (3)

式中：K_ax为X轴加速度计零位，K_ax0、K_ax1、K_ax2为X轴加速度计零位的随时间变化的系数，t为通电时间。采用最小二乘法便可计算出K_ax0、K_ax1、K_ax2，将K_ax0、K_ax1、K_ax2代入到公式(3)中即可得到X轴加速度计零位随通电时间的变化关系，也就是X轴加速度计零位随温度梯度的变化关系；

用上述同样的方法可以得到X加速度计的标度因数、Y和Z加速度计的零位和标度因数随时间变化的关系，也就是随温度梯度的变化关系；

对于陀螺仪，采用用同样的方法，X轴陀螺仪的零位计算公式如下：

K_gx＝K_gx0+K_gx1×t+K_gx2×t² (4)

式中：K_gx为X轴陀螺仪零位，K_gx0、K_gx1、K_gx2为X轴陀螺仪零位的随时间变化的系数，t为通电时间。采用最小二乘法便可计算出K_gx0、K_gx1、K_gx2，将K_gx0、K_gx1、K_gx2代入到公式(4)中即可得到X轴陀螺仪零位随通电时间的变化关系，也就是X轴陀螺仪零位随温度梯度的变化关系；

同样的方法计算得到X轴陀螺仪的标度因数、Y和Z陀螺仪的零位和标度因数随时间变化的关系，随温度梯度的变化关系；

将以上补偿公式和补偿参数写入惯性测量装置的flash中，从而实现惯性器件误差随温度梯度的变化关系。

4.如权利要求3所述的一种轨道检测惯性测量装置的标定方法，其特征在于：所述每个位置采集惯性器件的输出数据的采集时间为40min。

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