CN111712688A - 标定方法、标定设备、稳定器及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
一种标定方法、标定设备、稳定器及计算机可读存储介质。该标定方法包括：获取惯性传感器的当前测量信息；根据惯性传感器的当前测量信息，确定惯性传感器所搭载的平台的当前姿态是否异常；以及若平台的当前姿态异常，则自动对惯性传感器进行标定。该标定方法能够在平台的当前姿态异常时自动对惯性传感器进行标定，而无需用户手动触发标定，因此降低了用户使用的难度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及惯性传感器技术领域，尤其涉及一种标定方法、标定设备、稳定器及计算机可读存储介质。
背景技术
得益于体积和价格优势，加上不断提升的性能和可靠性，MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)惯性传感器目前在手持稳定器、无人机、移动机器人和消费电子等领域大放异彩。
但是，受限于技术和工艺发展水平，MEMS惯性传感器和激光陀螺、光纤陀螺等高精度惯性传感器相比存在较大的测量误差，因此误差标定是MEMS惯性传感器实际使用当中至关重要的一个环节。
发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统的MEMS惯性传感器的标定方法虽然标定精度和可靠性高，但由于需要专业设备和操作方法，只适合在产品生产时进行批量标定。如果只是经过出厂标定，在一些使用环境下可能由陀螺仪的零偏误差导致手持稳定器姿态异常，表现为姿态歪斜或缓慢漂移。某些市场上的部分手持稳定器产品虽然开放了传感器标定接口，但对于一般用户而言，由于对稳定器工作原理缺乏了解，很难注意到微小的传感器异常表现，并有意识地进行传感器标定，并且多数产品的标定功能对用户操作规范要求较严格。
发明内容
本发明实施例提供一种标定方法、标定设备、稳定器及计算机可读存储介质。
根据本发明实施例的一个方面，提供一种标定方法。所述标定方法包括：获取惯性传感器的当前测量信息；根据所述惯性传感器的当前测量信息，确定所述惯性传感器所搭载的平台的当前姿态是否异常；以及若所述平台的当前姿态异常，则自动对所述惯性传感器进行标定。
根据本发明实施例的另一个方面，提供一种标定设备。所述标定设备一个或多个处理器，所述一个或多个处理器单独地或共同地工作，用于执行：获取惯性传感器的当前测量信息；根据所述惯性传感器的当前测量信息，确定所述惯性传感器所搭载的平台的当前姿态是否异常；以及若所述平台的当前姿态异常，则自动对所述惯性传感器进行标定。
根据本发明实施例的另一个方面，提供一种标定设备。所述标定设备包括测量信息获取装置、确定装置及标定装置。所述测量信息获取装置被配置为获取惯性传感器的当前测量信息。所述确定装置被配置为根据所述惯性传感器的当前测量信息，确定所述惯性传感器所搭载的平台的当前姿态是否异常。所述标定装置被配置为若所述平台的当前姿态异常，则自动对所述惯性传感器进行标定。
根据本发明实施例的另一个方面，提供一种稳定器。所述稳定器包括惯性传感器及如上所述的用于对所述惯性传感器进行标定的标定设备，所述惯性传感器包括陀螺仪和加速度计。
根据本发明实施例的另一个方面，提供一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质上存储有可执行的指令。当所述可执行的指令被处理器执行时实现如上所述的标定方法的步骤。
本发明实施例能够根据惯性传感器的当前测量信息来确定惯性传感器所搭载的平台的当前姿态是否异常，并且，在平台的当前姿态异常时自动对惯性传感器进行标定，而无需用户手动触发标定，因此降低了用户使用的难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例的标定设备的示意性框图；
图2为本发明一个实施例的标定方法的流程图；
图3揭示了图2中的如何确定惯性传感器所搭载的平台的当前姿态是否异常的步骤；
图4揭示了图2中的如何获取陀螺仪前一时刻的零偏标定值的步骤；
图5揭示了图2中的如何检测惯性传感器所搭载的平台是否处于静止状态的步骤。
图6为本发明另一个实施例的标定设备的示意性框图；
图7为本发明一个实施例的稳定器的示意性框图。
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，所描述的实施例仅仅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。
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本发明中“能够”可以表示具有能力。下面结合附图，对本发明的各个实施例进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
图1为本发明一个实施例的标定设备11的示意性框图。如图1所示，本发明一个实施例的标定设备11包括测量信息获取装置111、确定装置112及标定装置113。在一些实施例中，标定设备11可以包括例如手持云台、移动机器人、无人飞行器。测量信息获取装置111可以获取如图2所示的惯性传感器(Inertial Measurement Unit，IMU)12的当前测量信息，在一些实施例中，如图2所示，惯性传感器12可以包括例如，但不限于MEMS惯性传感器，并包括陀螺仪121和加速度计122。确定装置112可以根据惯性传感器12的当前测量信息，确定惯性传感器12所搭载的平台的当前姿态是否异常。若由确定装置112确定出平台的当前姿态异常，则标定装置113可以自动对惯性传感器12进行标定。
本发明实施例的标定设备11能够根据惯性传感器12的当前测量信息来确定惯性传感器12所搭载的平台的当前姿态是否异常，并且，在平台的当前姿态异常时自动对惯性传感器12进行标定，而无需用户手动触发标定，因此降低了用户使用的难度。
在一些实施例中，确定装置112可以确定平台的当前姿态与其理想姿态在重力方向上的偏差角度θ，基于偏差角度θ来确定平台的当前姿态是否异常，在偏差角度θ小于预设的角度阈值时，则确定平台的当前姿态正常；在偏差角度θ大于或等于预设的角度阈值时，则确定平台的当前姿态异常。
例如以下表达式所示：
在偏差角度θ小于预设的角度阈值θthreshold时，则确定结果RESULT＝PASS，即表示平台的当前姿态正常；在偏差角度θ大于或等于预设的角度阈值θthreshold时，则确定结果RESULT＝FAULT，即表示平台的当前姿态异常。
在静止状态下，惯性传感器12中的加速度计122的测量值ab为重力加速度在机体坐标系{b}下的投影，假设加速度计122的测量值ab无误差，则可以得到如下公式：
ab＝gb (2)
其中，gb为在机体坐标系{b}下的重力加速度的理想值。因此，在一些实施例中，可以将加速度计122的测量值ab作为在机体坐标系{b}下的重力加速度的理想值来看待。
确定装置112可以进一步确定重力加速度的估计值，在一个实施例中，重力加速度的估计值为在机体坐标系{b}下的重力加速度的估计值
确定装置112可以基于惯性传感器12中的加速度计122的测量值ab和重力加速度的估计值(具体地为在机体坐标系{b}下的重力加速度的估计值
来确定平台的当前姿态与理想姿态在重力方向上的偏差角度θ。例如，通过确定加速度计122的测量值ab和重力加速度的估计值夹角的余弦值，来确定平台的当前姿态与其理想姿态在重力方向上的偏差角度θ。
例如，确定装置112可以基于以下公式来确定平台的当前姿态与理想姿态在重力方向上的偏差角度θ：
其中，
为平台当前姿态的旋转矩阵，
可以由惯性传感器12的当前测量信息来确定，ge为在大地坐标系{e}下的重力加速度。
因此，在已知平台当前姿态的旋转矩阵
和大地坐标系{e}下的重力加速度的情况下，根据公式(4)可以获得机体坐标系{b}下的重力加速度的估计值
在知道机体坐标系{b}下的重力加速度的估计值
和加速度计122的测量值ab，根据公式(3)可以进一步获得偏差角度θ。
为了防止测量噪声的影响，本发明实施例的标定设备11还可以包括滤波装置114，滤波装置114可以对加速度计122的测量值进行滤波。在这种情况下，确定装置112可以基于滤波后的加速度计122的测量值和重力加速度的估计值(具体地为在机体坐标系{b}下的重力加速度的估计值
)来确定平台的当前姿态与理想姿态在重力方向上的偏差角度θ。
惯性传感器12，例如MEMS惯性传感器的误差包括确定性误差和非确定性误差。非确定性误差又称随机误差，理论上无法通过标定完全消除。确定性误差主要包括零偏误差、刻度因子误差和非正交误差，这一部分误差可以通过标定进行补偿。MEMS惯性传感器包括MEMS陀螺仪和MEMS加速度计。
MEMS陀螺仪的误差模型具有如下的数学表达式：
ωO＝TgKg(ωS+bg+vg) (5)
其中，ωO表示无误差的理想角速度，ωS表示MEMS陀螺仪的实际测量值，Tg表示非正交误差，Kg表示刻度因子误差，bg表示零偏误差，以及vg表示随机误差。
由于MEMS陀螺仪的结构尺寸、材料的弹性模量以及陀螺检测电路中电子器件的性能都会随温度的改变而变化，进而使MEMS陀螺仪的零偏和刻度因子发生改变，因此，MEMS陀螺仪的误差模型还需要考虑温度的影响。然而，如果直接对MEMS陀螺仪的零偏和刻度因子误差进行温度补偿，不仅需要昂贵的带温箱转台，并且大大增加了标定时间，对于大规模生产来说成本过高。实验和研究表明，MEMS陀螺仪的零偏受温度的影响远大于刻度因子受温度的影响，因此，在以上的MEMS陀螺仪误差模型中可以认为非正交误差和刻度因子误差为定值，零偏误差为温度的函数。除温度外，MEMS陀螺仪的零偏还受应力等因素的影响，随着时间累积和温度变化，结构和硬件难免会发生尺寸变化，导致MEMS惯性传感器所受应力变化，从而使陀螺仪的零偏改变。
综上，由于惯性传感器12中的陀螺仪121受温度的影响较大，特别是陀螺仪121的零偏会随着温度和应力的改变而发生变化。因此，在本发明的一些实施例中，标定设备11对惯性传感器12自动进行标定可以包括对惯性传感器12中的陀螺仪121进行自动零偏标定，从而简化了标定结构，减少了标定时间，能够极大地降低成本。因此，在确定惯性传感器12所搭载的平台的当前姿态异常时，标定设备11可以自动对陀螺仪121进行零偏标定。
假设陀螺仪121已经经过出厂标定，补偿了非正交误差Tg、刻度因子误差Kg和初始零偏
则陀螺仪121的经出厂标定补偿后的输出值为：
虽然陀螺仪121经过出厂标定，但是陀螺仪121出厂标定之后仍有一部分陀螺仪121的零偏
无法补偿，根据陀螺仪121误差模型，可以得到无误差的理想角速度如下：
其中，ωO为无误差的理想角速度，ωm为陀螺仪121的经出厂标定补偿后的输出值，vg为陀螺仪121的随机误差。
因此，本发明实施例的标定装置113可以获取陀螺仪121前一时刻的零偏标定值
并基于陀螺仪121前一时刻的零偏标定值
来补偿陀螺仪121当前时刻的输出值ωm，从而对陀螺仪121进行零偏标定。在陀螺仪121经过出厂标定的情况下，陀螺仪121当前时刻的输出值ωm为陀螺仪121的经出厂标定补偿后当前时刻的输出值。
标定设备11还包括计算装置115，计算装置115可以获得陀螺仪121前一时刻的输出值
和惯性传感器12中的加速度计122前一时刻的测量值
并基于陀螺仪121前一时刻的输出值
来实时地计算陀螺仪121前一时刻的零偏标定值
通过实时地计算陀螺仪前一时刻的零偏标定值
因此，一旦确定平台的当前姿态出现异常，便可以立即利用该零偏标定值来补偿陀螺仪当前时刻的输出值，从而能够快速地自动完成陀螺仪的零偏标定。
继续参照图1所示，本发明实施例的标定设备11还可以包括静止检测装置116，静止检测装置116可以检测惯性传感器12所搭载的平台是否处于静止状态。在平台处于静止状态时，标定装置113可以对惯性传感器12进行标定。在平台处于运动状态时，则标定装置113退出标定，从而有效避免了标定出错，降低了非法操作导致稳定器异常的概率。
静止检测装置116可以进一步基于在给定的时间间隔内不同时刻的加速度计122的采样值来计算加速度计122的方差，并基于加速度计122的方差确定平台是否处于静止状态。
在一个实施例中，加速度计122的采样值包括加速度计122分别在x、y、z轴上的采样值。可以根据加速度计122分别在x、y、z轴上的采样值，计算加速度计122的方差。
例如，静止检测装置116可以基于以下公式来确定惯性传感器12是否处于静止状态：
其中，σ2为加速度计122的方差，tw为给定的时间间隔，
表示在t时刻的加速度计122在x轴上的采样值的方差，
表示在t时刻的加速度计122在y轴上的采样值的方差，以及
表示在t时刻的加速度计122在z轴上的采样值的方差。
由于加速度计122的方差能够反映给定的时间间隔tw内平台加速度的变化特性，当平台静止时，则方差最小；当载体运动越剧烈，则方差越大。因此，可以通过比较加速度计122的方差σ2与给定的方差阈值来检测平台是否静止，例如，当加速度计122的方差σ2小于给定的方差阈值时，则静止检测装置116可以确定平台处于静止状态。当加速度计122的方差σ2大于或等于给定的方差阈值时，则静止检测装置116可以确定平台处于运动状态。
例如下式所示：
在加速度计122的方差σ2小于给定的方差阈值
时，则检测结果result＝STATIC，即静止检测装置116可以确定平台处于静止状态。在加速度计122的方差σ2大于或等于给定的方差阈值
时，则检测结果result＝MOVE，即静止检测装置116可以确定平台处于运动状态。
本发明实施例的标定设备11能够检测平台姿态异常并自动对陀螺仪121的零偏进行标定，从而，能够有效减小陀螺仪121的测量误差，提升平台姿态估计的精度和可靠性。
本发明实施例的标定设备11可以仅在静态下对陀螺仪的零偏进行温度标定，从而有效降低成本，并提高标定效率。
本发明实施例还提供了一种标定方法。图2为本发明一个实施例的标定方法S1的流程图。如图2所示，本发明实施例的标定方法S1可以包括步骤S11至步骤S13。
在步骤S11中，获取惯性传感器的当前测量信息。
惯性传感器的当前测量信息，可以包括例如陀螺仪的当前角速度值和加速度计的当前加速度值。在一些实施例中，可以是自动获取惯性传感器的当前测量信息，从而能够实现整个标定方法的全过程的自动执行，而无需用户的参与，具体的，可以是根据设定的时间间隔，自动获取惯性传感器的当前测量信息。进一步地，该时间间隔能够由用户自己设定，从而根据具体需要，进行惯性传感器的标定。还可以是在获取用户的触发操作之后，开始获取惯性传感器的当前测量信息，从而节约惯性传感器所搭载的平台的计算资源。
在步骤S12中，根据惯性传感器的当前测量信息，确定惯性传感器所搭载的平台的当前姿态是否异常。在确定结果为是，则过程继续前进到步骤S13；在确定结果为否，则过程返回到步骤S11。
在一些实施例中，本发明实施例的标定方法S1还可以包括步骤S14。在步骤S14中，检测惯性传感器所搭载的平台是否处于静止状态？在检测的结果为是，则过程前进到步骤S13。在检测的结果为否，则过程前进到步骤S15。在步骤S15中，在平台处于非静止即运动状态时，则退出标定，从而有效避免标定出错，降低了非法操作导致稳定器异常的概率。进一步地，本发明实施例的标定方法还可以包括步骤S16。在步骤S16中，在平台处于非静止状态时，则还可以给用户提供相应的报警信号。
在步骤S13中，若平台的当前姿态异常，则自动对惯性传感器进行标定。
在一些实施例中，自动对惯性传感器进行标定包括自动对惯性传感器中的陀螺仪进行零偏标定。因此，本发明实施例的标定方法还可以包括步骤S17。在步骤S17中，可以实时地获取陀螺仪前一时刻的零偏标定值。则在步骤S13中自动对陀螺仪进行零偏标定包括基于陀螺仪前一时刻的零偏标定值来补偿陀螺仪当前时刻的输出值以对陀螺仪进行零偏标定。陀螺仪当前时刻的输出值为陀螺仪的经出厂标定补偿后当前时刻的输出值。通过实时地获取陀螺仪前一时刻的零偏标定值，因此，一旦确定平台的当前姿态出现异常，便可以立即利用该零偏标定值来补偿陀螺仪当前时刻的输出值，从而快速地自动完成陀螺仪的零偏标定。
对于惯性传感器位于手持云台中的实施例，则本发明实施例的标定方法在获取惯性传感器的当前测量信息的步骤S11之前，还可以包括步骤S18。在步骤S18中，对手持云台进行控制参数自整定，从而使得手持云台在适配不同载体时均能够达到很好的控制性能。在对手持云台进行控制参数自整定之后，过程才进入到步骤S11中，开始获取惯性传感器的当前测量信息。
当惯性传感器所搭载的平台为相机时，则对手持云台进行控制参数自整定的步骤S18可以包括：基于手持云台所搭载的相机来调整手持云台的控制参数的配置，从而使得手持云台适配不同相机时都能够达到很好的控制性能。具体地，基于相机来调整手持云台的控制参数的配置包括：对手持云台和相机的组合的频域模型参数进行辨识，并且，根据辨识得到的模型来调整手持云台的控制参数的配置。
本发明实施例的对手持云台进行控制参数自整定包括：获取用户对手持云台的按键的操作，以触发控制参数自整定。
本发明实施例的标定方法能够根据惯性传感器的当前测量信息来确定惯性传感器所搭载的平台的当前姿态是否异常，并且，在平台的当前姿态异常时自动对惯性传感器进行标定，而无需用户手动触发标定，因此降低了用户使用的难度。
本发明实施例的标定方法可以仅在静态下对陀螺仪的零偏进行温度标定，从而有效降低成本，并提高标定效率。
本发明实施例的标定方法能够随时对陀螺仪的零偏进行自动标定，相比传统仅进行出厂标定的方法，能够有效消除由于MEMS惯性传感器所受安装应力变化而产生的陀螺仪零偏误差，从而提升姿态估计的性能。
图3揭示了本发明一个实施例的如何确定惯性传感器所搭载的平台的当前姿态是否异常的详细步骤。如图3所示，本发明一个实施例的确定惯性传感器所搭载的平台的当前姿态是否异常的步骤S12可以包括步骤S121和步骤S122。
在步骤S121中，确定惯性传感器所搭载的平台的当前姿态与其理想姿态在重力方向上的偏差角度。其中，步骤S121可以进一步包括步骤S1211至S1213。
在步骤S1211中，获得惯性传感器中的加速度计的测量值。
在一些实施例中，在步骤S1211之后，步骤S121还可以包括步骤S1214。在步骤S1214中，对加速度计的测量值进行滤波，从而防止测量噪声的影响。
在步骤S1212中，确定重力加速度的估计值。
在一些实施例中，确定重力加速度的估计值包括确定在机体坐标系下的重力加速度的估计值，其可以包括步骤S1221和步骤S1222。
在步骤S1221中，由惯性传感器的当前测量信息来确定平台当前姿态的旋转矩阵。
在步骤S1222中，基于平台当前姿态的旋转矩阵和大地坐标系下的重力加速度来计算在机体坐标系下的重力加速度的估计值。
在步骤S1213中，基于加速度计的测量值和重力加速度的估计值来计算平台的当前姿态与其理想姿态在重力方向上的偏差角度。在对加速度计的测量值进行滤波的情况下，则在步骤S1213中，基于滤波后的加速度计的测量值和重力加速度的估计值来计算平台的当前姿态与其理想姿态在重力方向上的偏差角度。
在步骤S122中，基于偏差角度来确定平台的当前姿态是否异常？具体地，确定偏差角度是否大于或等于预设的角度阈值？在确定结果为是，即在偏差角度大于或等于预设的角度阈值时，则确定平台的当前姿态异常；在确定结果为否，即在偏差角度小于预设的角度阈值时，则确定平台的当前姿态正常。
图4揭示了本发明一个实施例的如何获取陀螺仪前一时刻的零偏标定值的详细步骤。如图4所示，本发明一个实施例的获取陀螺仪前一时刻的零偏标定值的步骤S17可以包括步骤S171至步骤S173。
在步骤S171中，获得陀螺仪前一时刻的输出值。
在步骤S172中，获得惯性传感器中的加速度计前一时刻的测量值。
在步骤S173中，基于陀螺仪前一时刻的输出值和加速度计前一时刻的测量值计算陀螺仪前一时刻的零偏标定值。其中，步骤S173可以进一步包括步骤S1731至S1734。
在步骤S1731中，基于陀螺仪前一时刻的输出值，并且根据陀螺仪误差模型和四元数微分方程可以获得系统状态方程。
在步骤S1732中，基于加速度计前一时刻的测量值，可以建立姿态的观测模型并获得姿态的观测方程。
在步骤S1733中，根据系统状态方程和观测方程设计姿态解算卡尔曼滤波器。
在步骤S1734中，基于姿态解算卡尔曼滤波器估计出陀螺仪前一时刻的零偏标定值。
图5揭示了本发明一个实施例的如何检测惯性传感器所搭载的平台是否处于静止状态的详细步骤。如图5所示，本发明一个实施例的检测惯性传感器所搭载的平台是否处于静止状态的步骤S14可以包括步骤S141至步骤S143。
在步骤S141中，获得在给定的时间间隔内不同时刻的加速度计的采样值。加速度计的采样值可以包括加速度计分别在x、y、z轴上的采样值。
在步骤S142中，基于加速度计的采样值计算加速度计的方差。
在步骤S143中，基于加速度计的方差确定平台是否处于静止状态？具体地，确定加速度计的方差是否小于给定的方差阈值？在确定结果为是，即在加速度计的方差小于给定的方差阈值时，则确定平台处于静止状态；在确定结果为否，即在加速度计的方差大于或等于给定的方差阈值时，则确定平台处于非静止即运动状态。
图6所示为本发明另一个实施例的标定设备21的示意性框图。如图6所示，本发明另一个实施例的标定设备21可以包括一个或多个处理器211。该一个或多个处理器211单独地或共同地工作，可以用于执行如上所述的标定方法的步骤。
本发明实施例的标定设备21与上述标定方法的具体操作及执行过程相类似，并且具有与上述标定方法相类似的有益技术效果，故在此不再赘述。
本发明实施例还提供了一种稳定器1。稳定器1可以包括例如，但不限于手持稳定器1(即手持云台)、无人飞行器、云台车等。图7所示为本发明一个实施例的稳定器1的示意性框图。如图7所示，本发明实施例的稳定器1包括惯性传感器12及如上所述的本发明实施例的标定设备11/21。惯性传感器12包括陀螺仪121和加速度计122。标定设备11/21用于对惯性传感器12进行标定，其可以包括图1所示的标定装置11，也可以包括图6所示的标定设备21。
稳定器1包括控制器13。在稳定器1为手持云台的实施例中，本发明实施例的稳定器1还可以包括控制参数自整定装置14，控制参数自整定装置14可以对手持云台的控制器13进行控制参数自整定。在对手持云台的控制器13进行控制参数自整定之后，标定设备11中的测量信息获取装置111可以开始获取惯性传感器12的当前测量信息，或者，标定设备21中的处理器211被执行用于开始获取惯性传感器12的当前测量信息。
例如，对于相机手持云台来说，由于相机手持云台需要适配不同的相机，各种相机和镜头的组合在尺寸、质量上的差异，以及不同的安装位置和结构受力状态都会导致不同的动力学模型参数和频率响应特性。手持云台如果采用统一的控制器则无法很好地适配被控对象的变化，这将会对手持云台的增稳性能带来影响。本发明实施例的稳定器1通过增设控制参数自整定装置14，控制参数自整定装置14可以基于手持云台所加载的相机来调整手持云台的控制器的控制参数的配置，从而使得手持云台适配不同相机时都能够达到很好的控制性能。
具体地，控制参数自整定装置14可以对手持云台和相机的组合的频域模型参数进行辨识，并且，根据辨识得到的模型来调整手持云台的控制器的控制参数的配置。
本发明实施例的稳定器1与上述标定设备11、21及标定方法的具体操作及执行过程相类似，并且具有与上述标定设备11、21及标定方法相类似的有益技术效果，故在此不再赘述。在不冲突的情况下，本发明实施例的稳定器1可以使用或包括前述标定设备11、21及标定方法的具体操作及执行过程的实施例或实施方式。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行的指令。当该可执行的指令被处理器执行时实现如上所述的标定方法的步骤，在此不再赘述。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明实施例所提供的标定方法、标定设备、稳定器及计算机可读存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，可以在具体实施方式及应用范围上做出任何修改、等同替换或改进等，其均应包含在本发明的权利要求书的范围之内。
Claims (68)
1.一种标定方法，其特征在于：其包括：
获取惯性传感器的当前测量信息；
根据所述惯性传感器的当前测量信息，确定所述惯性传感器所搭载的平台的当前姿态是否异常；以及
若所述平台的当前姿态异常，则自动对所述惯性传感器进行标定。
2.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：所述确定惯性传感器所搭载的平台的当前姿态是否异常包括：
确定所述惯性传感器所搭载的平台的当前姿态与其理想姿态在重力方向上的偏差角度，基于所述偏差角度来确定所述平台的当前姿态是否异常。
3.如权利要求2所述的标定方法，其特征在于：在所述偏差角度大于或等于预设的角度阈值时，确定所述平台的当前姿态异常。
4.如权利要求2所述的标定方法，其特征在于：在所述偏差角度小于所述预设的角度阈值时，确定所述平台的当前姿态正常。
5.如权利要求2所述的标定方法，其特征在于：所述确定惯性传感器所搭载的平台的当前姿态与其理想姿态在重力方向上的偏差角度包括：
获得所述惯性传感器中的加速度计的测量值；
确定重力加速度的估计值；及
基于所述加速度计的测量值和所述重力加速度的估计值来计算所述平台的当前姿态与其理想姿态在重力方向上的所述偏差角度。
6.如权利要求5所述的标定方法，其特征在于：所述确定重力加速度的估计值包括确定在机体坐标系下的重力加速度的估计值。
7.如权利要求6所述的标定方法，其特征在于：所述确定在机体坐标系下的重力加速度的估计值还包括：
由所述惯性传感器的当前测量信息来确定所述平台当前姿态的旋转矩阵；及
基于所述平台当前姿态的旋转矩阵和大地坐标系下的重力加速度来计算在所述机体坐标系下的重力加速度的估计值。
8.如权利要求5所述的标定方法，其特征在于：所述确定惯性传感器所搭载的平台的当前姿态与其理想姿态在重力方向上的偏差角度还包括：
对所述加速度计的测量值进行滤波，
其中，基于滤波后的加速度计的测量值和所述重力加速度的估计值来计算所述平台的当前姿态与其理想姿态在重力方向上的偏差角度。
9.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：所述自动对所述惯性传感器进行标定包括自动对所述惯性传感器中的陀螺仪进行零偏标定。
10.如权利要求9所述的标定方法，其特征在于：还包括：
获取所述陀螺仪前一时刻的零偏标定值；
其中，所述自动对陀螺仪进行零偏标定包括基于所述陀螺仪前一时刻的零偏标定值来补偿所述陀螺仪当前时刻的输出值以对所述陀螺仪进行零偏标定。
11.如权利要求10所述的标定方法，其特征在于：所述获取所述陀螺仪前一时刻的零偏标定值包括：
获得所述陀螺仪前一时刻的输出值和所述惯性传感器中的加速度计前一时刻的测量值；及
基于所述陀螺仪前一时刻的输出值和所述加速度计前一时刻的测量值计算所述陀螺仪前一时刻的零偏标定值。
12.如权利要求10或11所述的标定方法，其特征在于：所述陀螺仪的输出值为所述陀螺仪的经出厂标定补偿后的输出值。
13.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：其还包括：
检测所述惯性传感器所搭载的平台是否处于静止状态，
其中，在所述平台处于静止状态时，对所述惯性传感器进行标定。
14.如权利要求13所述的标定方法，其特征在于：在所述平台处于非静止状态时，则退出所述标定。
15.如权利要求14所述的标定方法，其特征在于：在所述平台处于非静止状态时，则给用户提供相应的报警信号。
16.如权利要求13所述的标定方法，其特征在于：所述检测平台是否处于静止状态包括：
获得在给定的时间间隔内不同时刻的所述加速度计的采样值；
基于所述加速度计的采样值计算所述加速度计的方差；
基于所述加速度计的方差确定所述平台是否处于静止状态。
17.如权利要求16所述的标定方法，其特征在于：所述加速度计的采样值包括所述加速度计分别在x、y、z轴上的采样值。
18.如权利要求16所述的标定方法，其特征在于：在所述加速度计的方差小于给定的方差阈值时，确定所述平台处于静止状态。
19.如权利要求16所述的标定方法，其特征在于：在所述加速度计的方差大于或等于所述给定的方差阈值时，确定所述平台处于非静止状态。
20.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：所述惯性传感器位于手持云台中，所述方法还包括：
对所述手持云台进行控制参数自整定，
其中，在对所述手持云台进行控制参数自整定之后，开始获取所述惯性传感器的当前测量信息。
21.如权利要求20所述的标定方法，其特征在于：所述惯性传感器所搭载的平台为相机，所述对手持云台进行控制参数自整定包括：
基于所述手持云台所搭载的相机来调整所述手持云台的控制参数的配置。
22.如权利要求21所述的标定方法，其特征在于：所述基于相机来调整所述手持云台的控制参数的配置包括：
对所述手持云台和所述相机的组合的频域模型参数进行辨识；
根据辨识得到的模型来调整所述手持云台的控制参数的配置。
23.如权利要求20所述的标定方法，其特征在于：所述对手持云台进行控制参数自整定包括：
获取用户对所述手持云台的按键的操作，以触发所述控制参数自整定。
24.一种标定设备，其特征在于，其包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器单独地或共同地工作，用于执行：
获取惯性传感器的当前测量信息；
根据所述惯性传感器的当前测量信息，确定所述惯性传感器所搭载的平台的当前姿态是否异常；以及
若所述平台的当前姿态异常，则自动对所述惯性传感器进行标定。
25.如权利要求24所述的标定设备，其特征在于：所述一个或多个处理器单独地或共同地工作，用于执行：确定所述惯性传感器所搭载的平台的当前姿态与其理想姿态在重力方向上的偏差角度，基于所述偏差角度来确定所述平台的当前姿态是否异常。
26.如权利要求25所述的标定设备，其特征在于：在所述偏差角度大于或等于预设的角度阈值时，确定所述平台的当前姿态异常。
27.如权利要求25所述的标定设备，其特征在于：在所述偏差角度小于所述预设的角度阈值时，确定所述平台的当前姿态正常。
28.如权利要求25所述的标定设备，其特征在于：所述一个或多个处理器单独地或共同地工作，用于执行：
获得所述惯性传感器中的加速度计的测量值；
确定重力加速度的估计值；及
基于所述加速度计的测量值和所述重力加速度的估计值来计算所述平台的当前姿态与其理想姿态在重力方向上的所述偏差角度。
29.如权利要求28所述的标定设备，其特征在于：所述确定重力加速度的估计值包括确定在机体坐标系下的重力加速度的估计值。
30.如权利要求29所述的标定设备，其特征在于：所述一个或多个处理器单独地或共同地工作，用于执行：
由所述惯性传感器的当前测量信息来确定所述平台当前姿态的旋转矩阵；及
基于所述平台当前姿态的旋转矩阵和大地坐标系下的重力加速度来计算在所述机体坐标系下的重力加速度的估计值。
31.如权利要求28所述的标定设备，其特征在于：所述一个或多个处理器单独地或共同地工作，还用于执行：
对所述加速度计的测量值进行滤波，
其中，基于滤波后的加速度计的测量值和所述重力加速度的估计值来计算所述平台的当前姿态与其理想姿态在重力方向上的偏差角度。
32.如权利要求24所述的标定设备，其特征在于：所述一个或多个处理器单独地或共同地工作，用于执行：自动对所述惯性传感器中的陀螺仪进行零偏标定。
33.如权利要求32所述的标定设备，其特征在于：所述一个或多个处理器单独地或共同地工作，用于执行：
获取所述陀螺仪前一时刻的零偏标定值；
基于所述陀螺仪前一时刻的零偏标定值来补偿所述陀螺仪当前时刻的输出值以对所述陀螺仪进行零偏标定。
34.如权利要求33所述的标定设备，其特征在于：所述一个或多个处理器单独地或共同地工作，用于执行：
获得所述陀螺仪前一时刻的输出值和所述惯性传感器中的加速度计前一时刻的测量值；及
基于所述陀螺仪前一时刻的输出值和所述加速度计前一时刻的测量值计算所述陀螺仪前一时刻的零偏标定值。
35.如权利要求33或34所述的标定设备，其特征在于：所述陀螺仪的输出值为所述陀螺仪的经出厂标定补偿后的输出值。
36.如权利要求1所述的标定设备，其特征在于：所述一个或多个处理器单独地或共同地工作，还用于执行：
检测所述惯性传感器所搭载的平台是否处于静止状态，
其中，在所述平台处于静止状态时，对所述惯性传感器进行标定。
37.如权利要求36所述的标定设备，其特征在于：所述一个或多个处理器单独地或共同地工作，还用于执行：在所述平台处于非静止状态时，则退出所述标定。
38.如权利要求37所述的标定设备，其特征在于：所述一个或多个处理器单独地或共同地工作，还用于执行：在所述平台处于非静止状态时，则给用户提供相应的报警信号。
39.如权利要求36所述的标定设备，其特征在于：所述一个或多个处理器单独地或共同地工作，用于执行：
获得在给定的时间间隔内不同时刻的所述加速度计的采样值；
基于所述加速度计的采样值计算所述加速度计的方差；
基于所述加速度计的方差确定所述平台是否处于静止状态。
40.如权利要求39所述的标定设备，其特征在于：所述加速度计的采样值包括所述加速度计分别在x、y、z轴上的采样值。
41.如权利要求39所述的标定设备，其特征在于：所述一个或多个处理器单独地或共同地工作，用于执行：在所述加速度计的方差小于给定的方差阈值时，确定所述平台处于静止状态。
42.如权利要求39所述的标定设备，其特征在于：所述一个或多个处理器单独地或共同地工作，用于执行：在所述加速度计的方差大于或等于所述给定的方差阈值时，确定所述平台处于非静止状态。
43.如权利要求24所述的标定设备，其特征在于：所述惯性传感器位于手持云台中，所述一个或多个处理器单独地或共同地工作，用于执行：
对所述手持云台进行控制参数自整定，
其中，在对所述手持云台进行控制参数自整定之后，开始获取所述惯性传感器的当前测量信息。
44.如权利要求43所述的标定设备，其特征在于：所述惯性传感器所搭载的平台为相机，所述一个或多个处理器单独地或共同地工作，用于执行：
基于所述手持云台所搭载的相机来调整所述手持云台的控制参数的配置。
45.如权利要求44所述的标定设备，其特征在于：所述一个或多个处理器单独地或共同地工作，用于执行：
对所述手持云台和所述相机的组合的频域模型参数进行辨识；
根据辨识得到的模型来调整所述手持云台的控制参数的配置。
46.如权利要求43所述的标定设备，其特征在于，所述一个或多个处理器单独地或共同地工作，用于执行：
获取用户对所述手持云台的按键的操作，以触发所述控制参数自整定。
47.一种标定设备，其特征在于：包括：
测量信息获取装置，其被配置为获取惯性传感器的当前测量信息；
确定装置，其被配置为根据所述惯性传感器的当前测量信息，确定所述惯性传感器所搭载的平台的当前姿态是否异常；以及
标定装置，其被配置为若所述平台的当前姿态异常，则自动对所述惯性传感器进行标定。
48.如权利要求47所述的标定设备，其特征在于：所述确定装置被配置为：
确定所述平台的当前姿态与其理想姿态在重力方向上的偏差角度，基于所述偏差角度来确定所述平台的当前姿态是否异常。
49.如权利要求48所述的标定设备，其特征在于：在所述偏差角度大于或等于预设的角度阈值时，确定所述平台的当前姿态异常。
50.如权利要求48所述的标定设备，其特征在于：在所述偏差角度小于所述预设的角度阈值时，确定所述平台的当前姿态正常。
51.如权利要求48所述的标定设备，其特征在于：所述确定装置进一步被配置为：
确定重力加速度的估计值；及
基于所述惯性传感器中的加速度计的测量值和所述重力加速度的估计值来确定所述平台的当前姿态与其理想姿态在重力方向上的所述偏差角度。
52.如权利要求51所述的标定设备，其特征在于：所述重力加速度的估计值为在机体坐标系下的重力加速度的估计值。
53.如权利要求51所述的标定设备，其特征在于：其还包括：
滤波装置，其用于对所述加速度计的测量值进行滤波，
其中，所述确定装置被配置为基于滤波后的加速度计的测量值和所述重力加速度的估计值来确定所述平台的当前姿态与其理想姿态在重力方向上的偏差角度。
54.如权利要求47所述的标定设备，其特征在于：所述标定装置被配置为：自动对所述惯性传感器中的陀螺仪进行零偏标定。
55.如权利要求54所述的标定设备，其特征在于：所述标定装置进一步被配置为：获取所述陀螺仪前一时刻的零偏标定值，并基于所述陀螺仪前一时刻的零偏标定值来补偿所述陀螺仪当前时刻的输出值以对所述陀螺仪进行零偏标定。
56.如权利要求55所述的标定设备，其特征在于：其还包括：
计算装置，其被配置为获得所述陀螺仪前一时刻的输出值和所述惯性传感器中的加速度计前一时刻的测量值，并基于所述陀螺仪前一时刻的输出值来计算所述陀螺仪前一时刻的零偏标定值。
57.如权利要求55或56所述的标定设备，其特征在于：所述陀螺仪当前时刻的输出值为所述陀螺仪的经出厂标定补偿后当前时刻的输出值。
58.如权利要求47所述的标定设备，其特征在于：其还包括：
静止检测装置，其被配置为检测所述惯性传感器所搭载的平台是否处于静止状态，
其中，在所述平台处于静止状态时，所述标定装置对所述惯性传感器进行标定。
59.如权利要求58所述的标定设备，其特征在于：所述静止检测装置进一步被配置为：
基于在给定的时间间隔内不同时刻的所述加速度计的采样值来计算所述加速度计的方差；
基于所述加速度计的方差确定所述平台是否处于静止状态。
60.如权利要求59所述的标定设备，其特征在于：所述加速度计的采样值包括所述加速度计分别在x、y、z轴上的采样值。
61.如权利要求59所述的标定设备，其特征在于：所述静止检测装置被配置为：在所述加速度计的方差小于给定的方差阈值时，确定所述平台处于静止状态。
62.如权利要求59所述的标定设备，其特征在于：所述静止检测装置被配置为：在所述加速度计的方差大于或等于所述给定的方差阈值时，确定所述平台处于非静止状态。
63.一种稳定器，其特征在于：其包括：
惯性传感器，其包括陀螺仪和加速度计；及
如权利要求47至62中任一项所述的标定设备，其用于对所述惯性传感器进行标定。
64.如权利要求63所述的稳定器，其特征在于：所述稳定器包括如下至少一种：手持云台、无人飞行器、云台车。
65.如权利要求64所述的稳定器，其特征在于：所述稳定器为手持云台，其还包括：
控制参数自整定装置，其被配置为对所述手持云台的控制器进行控制参数自整定，
其中，在对所述手持云台的控制器进行控制参数自整定之后，所述测量信息获取装置被配置为开始获取所述惯性传感器的当前测量信息。
66.如权利要求65所述的稳定器，其特征在于：所述惯性传感器所搭载的平台为相机，所述控制参数自整定装置被配置为：
基于所述手持云台所搭载的相机来调整所述手持云台的控制器的控制参数的配置。
67.如权利要求66所述的稳定器，其特征在于：所述控制参数自整定装置进一步被配置为：
对所述手持云台和所述相机的组合的频域模型参数进行辨识；
根据辨识得到的模型来调整所述手持云台的控制器的控制参数的配置。
68.一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行的指令，其特征在于：当所述可执行的指令被处理器执行时实现如权利要求1至23中任一项所述的标定方法的步骤。
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