CN113124905A - 一种用于多轴惯性姿态传感器精度评估的自动测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于多轴惯性姿态传感器精度评估的自动测量方法，应用于传感器精度测量技术领域，包括以下步骤：固定惯性姿态传感器、记录角度原点数据；设置X轴、Y轴和Z轴参数；选择单步点动或者连续点动模式；记录三轴电动旋转台和惯性姿态传感器的角度数据；结束测量程序，进行精度计算。本发明提供一种动态、多参数、实时测量方法，结构简单、易于实现；同时通过角度数据自动同步测量，实现测量数据在相同的背景条件下获得，使三轴电动旋转台的角度数据具备可靠的参考性，提高精度评估数据的精确性和可靠性，最终提高精度评估的准确度。

Description

一种用于多轴惯性姿态传感器精度评估的自动测量方法
技术领域
本发明涉及传感器精度评估测量技术领域，尤其涉及一种用于多轴惯性姿态传感器精度评估的自动测量方法。
背景技术
姿态角度传感单元具有成本低(大批量时)，尺寸小，重量轻，耐久性高等优点，越来越广泛的应用于人们生活的各个方面，越来越多的消费类电子产品中都集成了姿态角度传感单元，但是，姿态角度传感单元精度受使用环境影响较大，因此在使用前需要对姿态角度传感单元进行测试与性能评估。
目前较常用的姿态角度传感单元测试方法包括静态多位置实验方法与角速率实验法，这两种测试方式在操作上十分繁琐，效率低下，并且需要专业设备，难以满足消费类电子产品的不依赖外部设备，快速，简单易行的要求。
因此，提供一种用于多轴惯性姿态传感器精度评估的自动测量方法，克服现有技术中所存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于多轴惯性姿态传感器精度评估的自动测量方法，角度数据自动同步，提高评估结果的精确度的技术效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于多轴惯性姿态传感器精度评估的自动测量方法，包括以下步骤：
S1、将惯性姿态传感器固定于三轴电动旋转台，读取惯性姿态传感器当前角度数据记为惯性姿态传感器角度原点，记为(GX0，GY0，GZ0)；
S2、打开三轴电动旋转台控制器，进入自动界面使三轴电动旋转台原点复位；
S3、在自动界面设置X轴、Y轴和Z轴的单点角度、点动角度、点动延时和次数：
X轴单点角度XJ0，点动角度XD0，点动延时XS0，次数KX；
Y轴单点角度YJ0，点动角度YD0，点动延时YS0，次数KY；
Z轴单点角度ZJ0，点动角度ZD0，点动延时ZS0，次数KZ；
S4、在参数设置界面，设置三轴电动旋转台X轴、Y轴和Z轴的点动速度为S deg/s，其余参数为默认值；
S5、在自动页界面下，启动单步点动模式，记录当前模式下三轴电动旋转台角度数据(TX1，TY1，TZ1)和惯性姿态传感器角度数据(GX1，GY1，GZ1)；
S6、停止运行，三轴电动旋转台原点复位，设置X轴单点角度以固定值M递增，其余参数不变，重复步骤S5 T1次后，进入步骤S7；
S7、三轴电动旋转台原点复位，设置Y轴单点角度YJ1，X轴单点角度XJ1，Z轴单点角度ZJ1，其余参数不变，执行步骤S5，记录当前模式下三轴电动旋转台角度数据(TX2，TY2，TZ2)和惯性姿态传感器角度数据(GX2，GY2，GZ2)后，进入步骤S8；
S8、停止运行，三轴电动旋转台原点复位，设置Y轴单点角度以固定值M递增，其余参数不变，重复步骤S5 T2次后，进入步骤S9；
S9、三轴电动旋转台原点复位，设置Z轴单点角度ZJ1，X轴单点角度XJ1，Y轴单点角度YJ1，其余参数不变，执行步骤S5，记录当前模式下三轴电动旋转台角度数据(TX3，TY3，TZ3)和惯性姿态传感器角度数据(GX3，GY3，GZ3)后，进入步骤S10；
S10、停止运行，三轴电动旋转台原点复位，设置Z轴单点角度以固定值M递增，其余参数不变，重复步骤S5 T3次后，进入步骤S11；
S11、三轴电动旋转台原点复位，设置X轴、Y轴和Z轴相同单点角速度、点动角速度、点动延时和次数；进入步骤S12；
S12、在自动界面下，启动连续点动模式，三轴电动旋转台每动作一次，记录三轴电动旋转台每次动作的角度数据(TLX1，TLY1，TLZ1)和惯性姿态传感器角度数据(GLX1，GLY1，GLZ1)；进入步骤S13；
S13、三轴电动旋转台原点复位，X轴、Y轴和Z轴点动速度以固定值M递增；进入步骤S12；重复进行T4次；
S14、结束测试过程，获取测试数据。
优选的，步骤S1中，读取惯性姿态传感器当前角度数据为通过单片机等读取。
优选的，步骤S3中，Y轴和Z轴的单点角度、点动角度、点动延时和次数相同。
优选的，步骤S5中，单步点动模式的启动通过点击单步点动按钮、按下启动按钮或控制终端发送命令。
优选的，步骤S13中，连续点动模式的启动通过点击单步点动按钮、按下启动按钮或控制终端发送命令。
优选的，还包括步骤S15、三轴电动旋转台的角度数据与同时刻惯性姿态传感器数据做差，求取差值平均值作为惯性姿态传感器的精度。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种用于多轴惯性姿态传感器精度评估的自动测量方法：提供一种动态、多参数、实时测量方法，结构简单、易于实现；同时通过角度数据自动同步测量，实现测量数据在相同的背景条件下获得，使三轴电动旋转台的角度数据具备可靠的参考性，提高精度评估数据的精确性和可靠性，最终提高精度评估的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一种用于多轴惯性姿态传感器精度评估的自动测量方法的硬件原理框图。
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。
实施例1
参照图1所示，本实发明公开了一种用于多轴惯性姿态传感器精度评估的自动测量方法的硬件原理框图，包括惯性姿态传感器(设置在三轴电动旋转台上的)、三轴电动旋转台X轴传感器、三轴电动旋转台Y轴传感器和三轴电动旋转台Z轴传感器、单片机和PC机；其中，惯性姿态传感器、三轴电动旋转台X轴传感器、三轴电动旋转台Y轴传感器和三轴电动旋转台Z轴传感器分别与单片机的输入端连接，单片机的输出端与PC机的输入端连接。
基于上述硬件原理，本发明公开了一种用于多轴惯性姿态传感器精度评估的自动测量方法，包括以下步骤：
S1、将惯性姿态传感器固定于三轴电动旋转台，读取惯性姿态传感器当前角度数据记为惯性姿态传感器角度原点，记为(GX0，GY0，GZ0)；
S2、打开三轴电动旋转台控制器，进入自动界面使三轴电动旋转台原点复位；
S3、在自动界面设置X轴、Y轴和Z轴的单点角度、点动角度、点动延时和次数：
X轴单点角度XJ0，点动角度XD0，点动延时XS0，次数KX；
Y轴单点角度YJ0，点动角度YD0，点动延时YS0，次数KY；
Z轴单点角度ZJ0，点动角度ZD0，点动延时ZS0，次数KZ；
S4、在参数设置界面，设置三轴电动旋转台X轴、Y轴和Z轴的点动速度为S deg/s，其余参数为默认值；
S5、在自动页界面下，启动单步点动模式，记录当前模式下三轴电动旋转台角度数据(TX1，TY1，TZ1)和惯性姿态传感器角度数据(GX1，GY1，GZ1)；
S6、停止运行，三轴电动旋转台原点复位，设置X轴单点角度以固定值M递增，其余参数不变，重复步骤S5 T1次后，进入步骤S7；
S7、三轴电动旋转台原点复位，设置Y轴单点角度YJ1，X轴单点角度XJ1，Z轴单点角度ZJ1，其余参数不变，执行步骤S5，记录当前模式下三轴电动旋转台角度数据(TX2，TY2，TZ2)和惯性姿态传感器角度数据(GX2，GY2，GZ2)后，进入步骤S8；
S8、停止运行，三轴电动旋转台原点复位，设置Y轴单点角度以固定值M递增，其余参数不变，重复步骤S5 T2次后，进入步骤S9；
S9、三轴电动旋转台原点复位，设置Z轴单点角度ZJ1，X轴单点角度XJ1，Y轴单点角度YJ1，其余参数不变，执行步骤S5，记录当前模式下三轴电动旋转台角度数据(TX3，TY3，TZ3)和惯性姿态传感器角度数据(GX3，GY3，GZ3)后，进入步骤S10；
S10、停止运行，三轴电动旋转台原点复位，设置Z轴单点角度以固定值M递增，其余参数不变，重复步骤S5 T3次后，进入步骤S11；
S11、三轴电动旋转台原点复位，设置X轴、Y轴和Z轴相同单点角速度、点动角速度、点动延时和次数；进入步骤S12；
S12、在自动界面下，启动连续点动模式，三轴电动旋转台每动作一次，记录三轴电动旋转台每次动作的角度数据(TLX1，TLY1，TLZ1)和惯性姿态传感器角度数据(GLX1，GLY1，GLZ1)；进入步骤S13；
S13、三轴电动旋转台原点复位，X轴、Y轴和Z轴点动速度以固定值M递增；进入步骤S12；重复进行T4次；
S14、结束测试过程，获取测试数据。
在一个具体实施例中，步骤S1中，读取惯性姿态传感器当前角度数据为通过单片机读取。
在一个具体实施例中，步骤S3中，Y轴和Z轴的单点角度、点动角度、点动延时和次数相同。
在一个具体实施例中，步骤S5中，单步点动模式的启动通过点击单步点动按钮、按下启动按钮或控制终端发送命令。
在一个具体实施例中，步骤S12中，连续点动模式的启动通过点击单步点动按钮、按下启动按钮或控制终端发送命令。
在一个具体实施例中，还包括步骤S15、三轴电动旋转台的角度数据与同时刻惯性姿态传感器数据做差，求取差值平均值作为惯性姿态传感器的精度。
在另一个具体实施例中，测试设备包括：三轴电动旋转台控制器、三轴电动旋转台、数据采集盒、USB-TTL、连接线若干、参考角度传感(转台角度传感器采用AS5048A，分辨率为0.0219°，角精度线性化后0.05°)、被测对象：惯性姿态传感器单元和PC机；
其方法包括以下步骤：
S1、将惯性姿态传感器固定于三轴电动旋转台，读取惯性姿态传感器当前角度数据记为惯性姿态传感器角度原点，记为(GX0，GY0，GZ0)；
S2、打开三轴电动旋转台控制器，进入自动界面使三轴电动旋转台原点复位；
S3、在自动界面设置X轴、Y轴和Z轴的单点角度、点动角度、点动延时和次数：
X轴单点角度5，点动角度1，点动延时0.5，次数360；
Y轴单点角度0，点动角度1，点动延时0.5，次数360；
Z轴单点角度0，点动角度1，点动延时0.5，次数360；
S4、在参数设置界面，设置三轴电动旋转台X轴、Y轴和Z轴的点动速度为5deg/s，其余参数为默认值；
S5、在自动页界面下，启动单步点动模式，记录当前模式下三轴电动旋转台角度数据(TX1，TY1，TZ1)和惯性姿态传感器角度数据(GX1，GY1，GZ1)；
S6、停止运行，三轴电动旋转台原点复位，设置X轴单点角度以固定值10递增，其余参数不变，重复步骤S510～20次后，进入步骤S7；
S7、三轴电动旋转台原点复位，设置Y轴单点角度5，X轴单点角度90，Z轴单点角度0，其余参数不变，执行步骤S5，记录当前模式下三轴电动旋转台角度数据(TX2，TY2，TZ2)和惯性姿态传感器角度数据(GX2，GY2，GZ2)后，进入步骤S8；
S8、停止运行，三轴电动旋转台原点复位，设置Y轴单点角度以固定值10递增，其余参数不变，重复步骤S510～20次后，进入步骤S9；
S9、三轴电动旋转台原点复位，设置Z轴单点角度5，X轴单点角度90，Y轴单点角度0，其余参数不变，执行步骤S5，记录当前模式下三轴电动旋转台角度数据(TX3，TY3，TZ3)和惯性姿态传感器角度数据(GX3，GY3，GZ3)后，进入步骤S10；
S10、停止运行，三轴电动旋转台原点复位，设置Z轴单点角度以固定值10递增，其余参数不变，重复步骤S510～20次后，进入步骤S11；
S11、三轴电动旋转台原点复位，设置X轴、Y轴和Z轴相同单点角速度5、点动角速度10、点动延时0.5和次数36；进入步骤S12；
S12、在自动界面下，启动连续点动模式，三轴电动旋转台每动作一次，记录三轴电动旋转台每次动作的角度数据(TLX1，TLY1，TLZ1)和惯性姿态传感器角度数据(GLX1，GLY1，GLZ1)；进入步骤S13；
S13、三轴电动旋转台原点复位，X轴、Y轴和Z轴点动速度以固定值5deg/s递增；进入步骤S12；重复进行T3次；
S14、结束测试过程，获取测试数据；
S15、将单片机采集到的三轴电动旋转台角度传感器数据(记作Degas)与惯性姿态传感器数据(记作Deg惯性姿态传感器)保存下来，以三轴电动旋转台角度传感器数据为参考值，与同时刻惯性姿态传感器数据做差，求取差值平均值作为惯性姿态传感器的精度(记作A惯性姿态传感器)，即：
Figure BDA0003041088780000081
对所公开的实施例的上述说明，按照递进的方式进行，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种用于多轴惯性姿态传感器精度评估的自动测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将惯性姿态传感器固定于三轴电动旋转台，读取惯性姿态传感器当前角度数据记为惯性姿态传感器角度原点，记为(GX0，GY0，GZ0)；
S2、打开三轴电动旋转台控制器，进入自动界面使三轴电动旋转台原点复位；
S3、在自动界面设置X轴、Y轴和Z轴的单点角度、点动角度、点动延时和次数：
X轴单点角度XJ0，点动角度XD0，点动延时XS0，次数KX；
Y轴单点角度YJ0，点动角度YD0，点动延时YS0，次数KY；
Z轴单点角度ZJ0，点动角度ZD0，点动延时ZS0，次数KZ；
S4、在参数设置界面，设置三轴电动旋转台X轴、Y轴和Z轴的点动速度为S deg/s，其余参数为默认值；
S5、在自动页界面下，启动单步点动模式，记录当前模式下三轴电动旋转台角度数据(TX1，TY1，TZ1)和惯性姿态传感器角度数据(GX1，GY1，GZ1)；
S6、停止运行，三轴电动旋转台原点复位，设置X轴单点角度以固定值M递增，其余参数不变，重复步骤S5 T1次后，进入步骤S7；
S7、三轴电动旋转台原点复位，设置Y轴单点角度YJ1，X轴单点角度XJ1，Z轴单点角度ZJ1，其余参数不变，执行步骤S5，记录当前模式下三轴电动旋转台角度数据(TX2，TY2，TZ2)和惯性姿态传感器角度数据(GX2，GY2，GZ2)后，进入步骤S8；
S8、停止运行，三轴电动旋转台原点复位，设置Y轴单点角度以固定值M递增，其余参数不变，重复步骤S5 T2次后，进入步骤S9；
S9、三轴电动旋转台原点复位，设置Z轴单点角度ZJ1，X轴单点角度XJ1，Y轴单点角度YJ1，其余参数不变，执行步骤S5，记录当前模式下三轴电动旋转台角度数据(TX3，TY3，TZ3)和惯性姿态传感器角度数据(GX3，GY3，GZ3)后，进入步骤S10；
S10、停止运行，三轴电动旋转台原点复位，设置Z轴单点角度以固定值M递增，其余参数不变，重复步骤S5 T3次后，进入步骤S11；
S11、三轴电动旋转台原点复位，设置X轴、Y轴和Z轴相同单点角速度、点动角速度、点动延时和次数；进入步骤S12；
S12、在自动界面下，启动连续点动模式，三轴电动旋转台每动作一次，记录三轴电动旋转台每次动作的角度数据(TLX1，TLY1，TLZ1)和惯性姿态传感器角度数据(GLX1，GLY1，GLZ1)；进入步骤S13；
S13、三轴电动旋转台原点复位，X轴、Y轴和Z轴点动速度以固定值M递增；进入步骤S12；重复进行T4次；
S14、结束测试过程，获取测试数据。
2.根据权利要求1所述的一种用于多轴惯性姿态传感器精度评估的自动测量方法，其特征在于，
步骤S1中，读取惯性姿态传感器当前角度数据为通过单片机读取。
3.根据权利要求1所述的一种用于多轴惯性姿态传感器精度评估的自动测量方法，其特征在于，
步骤S3中，Y轴和Z轴的单点角度、点动角度、点动延时和次数相同。
4.根据权利要求1所述的一种用于多轴惯性姿态传感器精度评估的自动测量方法，其特征在于，
步骤S5中，单步点动模式的启动通过点击单步点动按钮、按下启动按钮或控制终端发送命令。
5.根据权利要求1所述的一种用于多轴惯性姿态传感器精度评估的自动测量方法，其特征在于，
步骤S12中，连续点动模式的启动通过点击单步点动按钮、按下启动按钮或控制终端发送命令。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种用于多轴惯性姿态传感器精度评估的自动测量方法，其特征在于，
还包括步骤S15、三轴电动旋转台的角度数据与同时刻惯性姿态传感器数据做差，求取差值平均值作为惯性姿态传感器的精度。
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