WO2013063909A1

WO2013063909A1 - 一种基于遗传算法的惯性/地磁传感器标定方法

Info

Publication number: WO2013063909A1
Application number: PCT/CN2012/074902
Authority: WO
Inventors: 杜清秀; 李文明; 弭鹏
Original assignee: 中国科学院自动化研究所
Priority date: 2011-11-03
Filing date: 2012-04-28
Publication date: 2013-05-10
Also published as: CN102506898A; CN102506898B

Abstract

本发明公开了一种基于遗传算法的惯性/地磁传感器标定方法。该方法包括以下歩骤：1、启动姿态跟踪单元；2、采集各传感器的静态数据和动态数据；3、分离静态数据和动态数据；4、对三轴地磁传感器和三轴微加速度传感器的零漂因子、比例因子和正交参数进行标定；5、对三轴地磁传感器到三轴微加速度传感器的坐标系的对准矩阵进行标定；6、对三轴微陀螺仪传感器的零漂因子进行标定；7、对三轴微陀螺仪传感器的比例因子和正交矩阵进行标定。本发明能够对由三轴微加速度传感器、三轴微陀螺仪传感器和三轴地磁传感器组成的姿态跟踪单元进行快速、简洁地标定。

Description

一种基于遗传算法的惯性 /地磁传感器标定方法

技术领域本发明属于三维姿态跟踪领域，尤其是一种基于遗传算法的惯性 / 地磁传感器标定方法。

背景技术随着微电子机械系统（MEMS)的发展，特别是微惯性技术的发展，载体的位姿获取已经从原来的平台惯导发展到捷联惯导和组合导航技术，使得其系统的体积、重量和成本大大降低，因此采用惯性 /地磁技术进行姿态的跟踪检测有着广泛的前景。最近，苹果公司的 iphone手机以及安卓手机都增加了 MEMS 三轴微加速度传感器和三轴地磁传感器用于获取手机的姿态从而设计更自然的人机交互应用。目前，国内外已经设计出了相当多的微惯性姿态测量装置用于姿态的测量和跟踪，本申请的申请人在专利申请号为 "200810114391.4" 、发明名称为 "基于 ZigBee 无线单片机的微惯性测量装置" 的中国发明专利申请中提供了一种可用于运动载体姿态测量的装置，该申请采用六轴微惯性传感器 (集成了三轴微陀螺仪传感器和三轴微加速度传感器）和三轴地磁传感器来测量运动载体的姿态，该申请在本申请中引入作为参考。

MEMS传感器虽然在微型化，低功耗方面有着无可比拟的优点，但是也存在自身固有的缺点。首先是传感器内部存在固有的噪声干扰；其次是现有的技术无法将三轴微加速度传感器、三轴微陀螺仪传感器以及三轴地磁传感器集成到单芯片上，从而产生了传感器在安装过程中的对准误差；最后 MEMS传感器的使用环境和温度也会影响其内部参数，因此 MEMS传感器在使用之前需要进行参数的标定。

针对三轴微加速度传感器、三轴微陀螺仪传感器和三轴地磁传感器参数的标定，通常情况下，需要一个精密的三轴机械旋转台来准确地获取微惯性单元各个方位的姿态数据，通过将转台获取的微惯性单元准确的方位数据与微惯性单元输出的方位数据进行比较，来获取微惯性单元内部的三轴微加速度传感器、三轴微陀螺仪传感器和三轴地磁传感器的标定参数 ( S. Bonnet, C. Bassompierre, C. Godin, S. Lesecq, A. Barraud " Calibration methods for inertial and magnetic sensors" , Sensors and Actuators A: Physical, Vol 156, Issue 2, 2009, pp.302-311 )。但是，这种传统的方法不仅需要高精度的转台，还需要设计一个复杂的数据处理方法，并且高精度转台的电机驱动部分容易弓 I入磁场干扰。

北京航空航天大学、中北大学在微惯性传感器标定方面做出了很多的工作。但是国内的研究主要从事的是单个微惯性传感器自身的标定，并且传感器标定过程中需要多自由度高精密转台，从而使得传感器能达到军事应用的水平。最近，中北大学提出了 "一种微惯性测量组合现场快速标定方法" （中国发明专利： 20100200418.9， 201010134734.0 )，该方法可以简单快速的对加速度传感器进行标定。但是该方法没有给出地磁传感器和微陀螺仪传感器的标定方法，也没有给出三轴微加速度传感器、三轴微陀螺仪传感器和三轴地磁传感器之间的坐标系对准的方法，并且该方法的采样数据是随机的。

发明内容针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于遗传算法的惯性 /地磁传感器标定方法，是一种对集成了三轴微加速度传感器、三轴微陀螺仪传感器和三轴地磁传感器组成的姿态跟踪单元的一种快速、简洁的标定方法。

本发明提出的一种基于遗传算法的惯性 /地磁传感器标定方法，具体包括如下歩骤：

歩骤 1 : 将待标定的包括三轴微加速度传感器、三轴微陀螺仪传感器和三轴地磁传感器的姿态跟踪单元放置在二轴无磁转台的水平转台上，使姿态跟踪单元的 z轴向上，并启动所述姿态跟踪单元；

歩骤 2: 采集所述姿态跟踪单元中各传感器在二轴无磁转台上的静态数据和动态数据；

歩骤 3 : 将所述歩骤 2采集到的各传感器的静态数据和动态数据分离开来；

歩骤 4: 基于歩骤 3分离得到的三轴地磁传感器和三轴微加速度传感器的静态数据，利用三轴微加速度传感器和三轴地磁传感器在任意静止姿态下三轴数据模值恒定的特性和遗传算法标定三轴地磁传感器和三轴微加速度传感器的零漂因子、比例因子和正交参数，得到经零漂因子、比例因子和正交参数校正后的静态数据；

歩骤 5: 基于歩骤 4得到的校正后的三轴地磁传感器和三轴微加速度传感器的静态数据，对三轴地磁传感器到三轴微加速度传感器的坐标系的对准矩阵进行标定，得到经过对准标定后的静态数据；

歩骤 6: 基于歩骤 3分离得到的三轴微陀螺仪传感器的静态数据和歩骤 4中标定后的三轴微加速度传感器的静态数据，对三轴微陀螺仪传感器的零漂因子进行标定；

歩骤 7: 基于歩骤 3分离得到的三轴微陀螺仪传感器的动态数据和二轴无磁转台提供的实际旋转角度，对三轴微陀螺仪传感器的比例因子和正交矩阵进行标定。

本发明方法的优点在于： 1 ) 无需高精密的无磁转台以及复杂的标定流程，本发明的标定过程中只需要借助于一个能提供相对 45 ° 角的无磁两自由度的转台即可； 2 ) 根据在任意静止姿态下三轴微加速度传感器和三轴地磁传感器模值不变的特性，获取微加速度传感器和地磁传感器的零漂、比例因子和正交矩阵，从而可在任意姿态下采集数据，故本发明方法对标定平台无任何位置精度要求，只要平台是无磁材料即可; 3 ) 本发明方法利用微加速度传感器和地磁传感器数据的叉乘向量的相对旋转角度和对准矩阵特性，获得地磁传感器到微加速度传感器对准矩阵参数，微加速度传感器和地磁传感器的联合标定，充分运用了这两类传感器在确定空间姿态的相关性； 4 ) 利用微陀螺仪传感器零漂与自身所受加速度的关联性，求得微陀螺仪传感器的零漂因子，利用自身加速度数据来对自身的微陀螺仪传感器标定，具有一定的互标定优点； 5 ) 根据陀螺积分后确定的角度误差模型与实际旋转角度建立目标函数，求得微陀螺仪传感器的比例因子和正交矩阵； 6) 本发明中所有的标定参数是通过遗传算法求得的，采用遗传算法能够快速的找到能满足标定精度的各传感器标定参数。

附图说明图 1为本发明的标定方法所使用的姿态跟踪单元的组成示意图。图 2为经典三轴 MEMS传感器误差模型。

图 3为本发明的标定方法所使用的二轴无磁转台的结构示意图。图 4为本发明的标定方法所使用的二轴无磁转台的实物图。

图 5为本发明基于遗传算法的惯性 /地磁传感器标定方法的流程图。图 6 为三轴地磁传感器标定前后的模值对比图。

图 7 为三轴微加速度传感器和三轴地磁传感器的对准标定效果图。图 8 为三轴微陀螺仪传感器标定前后的旋转角度对比图。

具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一歩详细说明。

图 1为本发明的标定方法所使用的姿态跟踪单元的组成示意图。如图 1所示，所述姿态跟踪单元包括由三轴微加速度传感器、三轴微陀螺仪传感器和三轴地磁传感器组成的三组传感器，这三组传感器所在的正交轴构成了该姿态跟踪单元的轴、； Γ轴和 Z轴的三轴坐标系。

图 2示出了经典三轴 MEMS传感器的误差模型，如图 2所示，三轴 MEMS传感器的输出为向量 _¼，实际的传感器输入数据为 ^，其中， k 代表传感器的类型： k= a， m， g} , a、 m、 g分别代表三轴微加速度传感器、三轴地磁传感器和三轴微陀螺仪传感器。传感器的原始输入数据首先依次与对准矩阵、正交矩阵 ^和比例因子&相乘，然后再与传感器的零漂因子相加，就得到了标定后的输出数据 _¼。这里将传感器的误差分为两类：机械误差和电量误差，其中，机械误差是指机械加工和传感器组装造成的误差，主要指轴不正交带来的正交误差和传感器坐标系与外壳坐标系不重合造成的对准误差；电量误差是每个轴上的传感器的固有误差，主要指零漂和比例因子误差。因此，在图 2所示的模型中，输出 y_k的表达式可以写为：

y_k = S_kT_kM_ku_k +b_k ( 1 ) 其中，矩阵&为传感器的比例因子，其表示形式为：

S_kx、和& ₂分别表示 x、和^轴上类传感器的比例因子。

正交矩阵 ¾用于将传感器数据转化到一个正交坐标系下，该矩阵是通过 Gram-Schmidt正交化过程构建的，其表示形式为： (3 )

设、 y和 z代表正交坐标系的坐标轴，、； r和 ζ'代表非正交坐标系的坐标轴（轴、； r和 ζ'与传感器实际安装方向同向），则正交矩阵 ^中的元素表示和轴间的夹角， A表示和 z'轴间的夹角，表示; r 和 z'轴间的夹角。

假设； r和 z轴的对准误差用欧拉角表示为 Α·9 ，则对准矩阵

M_k可表示为：

1 0 0 cos(5) 0 -sin(5)" cos(¾/) sin( ) 0

Μ,, 0 cos(^) sin(^) 0 1 0 _sin( ) cos(¾/) 0

0 -sin(^) cos(^) sin(5) 0 cos(5) 0 0 1

(4) 零漂因子向量表示为:

其中， b_x、 ^和分别表示^、和2轴上的传感器的零漂因子。图 3 是本发明的标定方法所使用的二轴无磁转台的结构示意图。如图 3所示，所述二轴无磁转台包括：垂直定位销 1、垂直转台 2、水平转台 3、水平定位销 4、水平定位孔 5、垂直转轴 6、垂直定位孔 7、水平转轴 8和侧面支撑板 9。

水平转台 3 通过位于垂直转台 2 上的水平转轴 8 与垂直转台 2 连接；水平转台 3可绕水平转轴 8 转动；位于水平转台 3 上的水平定位销 4 可分别与位于垂直转台 2 上的八个呈 45°分布的水平定位孔 5 对准；垂直转台 2 通过位于侧面支撑板 9 上的垂直转轴 6 和侧面支撑板 9 连接；垂直转台 2可绕垂直转轴 6 转动；位于垂直转台 2 上的垂直定位销 1 可分别与位于侧面支撑板 9 上的八个呈 45°分布的垂直定位孔 7 对准。该二轴无磁转台的实物图如图 4所示。

图 5为本发明基于遗传算法的惯性 /地磁传感器标定方法的流程图。如图 5所示，本发明所提出的基于遗传算法的惯性 /地磁传感器标定方法具体包括以下歩骤：

歩骤 1 : 将待标定的包括三轴微加速度传感器、三轴微陀螺仪传感器和三轴地磁传感器的姿态跟踪单元放置在二轴无磁转台的水平转台上，使姿态跟踪单元的 Z轴向上，并启动姿态跟踪单元。

将待标定的姿态跟踪单元放置在图 3 所示的二轴无磁转台的水平转台 3 上，使姿态跟踪单元的 Z轴向上，启动姿态跟踪单元。

歩骤 2: 采集所述姿态跟踪单元中各传感器在二轴无磁转台上的静态数据和动态数据。

所述歩骤 2中对于各传感器在二轴无磁转台上的静态数据和动态数据的采集具体为依次采集各传感器在不同水平定位孔处和不同垂直定位孔处的静态数据和相邻两个水平定位孔之间的动态数据。

设 S_vh ( v,h=l、2、3 ...8 )表示垂直转台 2 在第 V个垂直定位孔 7 和水平转台 3 在第 h个水平定位孔 5 处的静态数据， D_vhlh2表示静态位置 S_vhl和 S_vh2之间的动态数据（这里的静态数据和动态数据均包括三轴地磁传感器、三轴微加速度传感器和三轴微陀螺仪传感器的数据）。采集数据时，置垂直定位销 1 在第 v(v=l、 2...8 )个垂直定位孔 7 处，采集水平定位销 4 在 8 个水平定位孔 5 处的姿态跟踪单元的静态数据 S_vh和在相邻两个水平定位孔 5 之间转动的姿态跟踪单元的动态数据 D_vhlh2，这样在每个垂直定位孔 7 处可以得到 8组静态数据 S_vh和 7组动态数据 D_vhlh2，故在 8个垂直定位孔 7 下一共可获取 64组静态数据 S_vh 和 56组动态数据 D_vhlh2。具体的数据采集过程为：

对于垂直定位孔 1，采集的数据为：

Sll― Dn2― Si2― Di23― Si3― D₁₃₄― Si4― Di45― Si5― Di56― Si6― Di67

对于垂直定位孔 2，采集的数据为：

S₂₁— D₂12― S₂2一 D₂23― S23一 D₂34― S24一 D₂45― ^25一 D₂56― 26— D₂67

对于垂直定位孔 3，采集的数据为：

S31― D312― S32― D₃23― S33― D₃34― S34― D₃45― S35― D₃56― S36― D₃67

对于垂直定位孔 4，采集的数据为：

S 一 D₄12一 S₄2一 D₄23一 S₄3一 D₄34一 S₄4一 D₄45一 S₄5一 D₄56一 S₄6一 D₄67

对于垂直定位孔 5，采集的数据为：

S51― D512― S52― D523― S53― D534― S54― D545― S55― D556― S56― D567

对于垂直定位孔 6，采集的数据为：

S61― D612― S62― D623― ^63― 34― ^64― 45― ^65― 56― ^66―。667

对于垂直定位孔 7，采集的数据为：

S₇₁— D-712— S-72 _ D₇₂3 _ S73 _ D734 _ S74 _ D745 _ S75 _ D756 _ S76 _ D₇67

对于垂直定位孔 8，采集的数据为：

S81一 D812一 S82一 D823一 Ss3一 Ds34一 Ss4一 Ds45一 Ss5一 Ds56一 Ss6一 Ds67 —— S87—— D878—— 88。歩骤 3 : 将所述歩骤 2采集到的各传感器的静态数据和动态数据分离开来。

实际采集过程中所记录的数据是整个歩骤 2中采集得到的所有数据，即数据文件里包括了本发明所需要的 64组静态数据 S_vh和 56组动态数据 D_vhlh2，这就需要将动态数据和静态数据从数据文件中分离开来。

采用姿态跟踪单元在静止情况下，三轴微陀螺仪传感器输出的三轴数据接近零的特性，可以通过设置适当的阈值（本发明中阈值设为 0.01 ) 来分离出 64组静态数据 S_vh，由于动态数据 D_vhlh2处于静态数据 S_vhl和 S_vh2 之间，因此，参考静态数据就可以分离出本发明需要的 56组动态数据

D_vhlh2。

歩骤 4: 基于分离得到各传感器的静态数据和动态数据，对姿态跟踪单元中的惯性 /地磁传感器进行标定。

所述歩骤 4进一歩包括：

歩骤 41 : 基于歩骤 3分离得到的三轴地磁传感器和三轴微加速度传感器的静态数据，利用三轴微加速度传感器和三轴地磁传感器在任意静止姿态下三轴数据模值恒定的特性和遗传算法标定三轴地磁传感器和三轴微加速度传感器的零漂因子、比例因子和正交参数，得到经零漂因子、比例因子和正交参数校正后的静态数据。

首先，利用理想的三轴地磁传感器和三轴微加速度传感器在任意静止姿态下三轴数据模值恒定的特性，建立目标函数：

)

(6) 其中，《为采集的三轴地磁传感器或三轴微加速度传感器的数据集的个数， z为采集的数据集的序列号， . = ^ (Λ^ +Λ^ +Λ¾)是三轴地磁传感器或三轴微加速度传感器的三轴数据的模值， N_lQ、 N_n和 N_a分别代表三轴传感器的 Γ和 Z轴数据，是实际磁场或重力场场强。

因为传感器三轴数据的模值与对准矩阵 Λ 无关，故设对准矩阵 M_k 为单位阵。然后，将歩骤 3分离得到的 64组静态数据 S_vh中的三轴地磁传感器或三轴微加速度传感器数据作为原始输入数据 ^代入式（1 ) 得到的 64组输出数据作为 N代入目标函数式（6)，取磁场强度为 lguass 或重力场强度为 lg作为 ^，采用遗传算法对式（6) 做数据拟合，就可以求得式（1 )中三轴地磁传感器或三轴微加速度传感器的正交矩阵 T_k、比例因子 &和零漂因子，从而得到三轴微加速度传感器和三轴地磁传感器的标定参数！、 T_m、 S_a、 S_m、 b_a、 b_m，而 64组静态数据 S_vh经过比例因子、零漂因子和正交参数校正后的数据记为 S_vh— _TSB。

歩骤 42: 基于歩骤 41得到的校正后的三轴地磁传感器和三轴微加速度传感器的静态数据，对三轴地磁传感器到三轴微加速度传感器的坐标系的对准矩阵进行标定，得到经过对准标定后的静态数据。

设三轴地磁传感器数据为向量 D_M, 三轴微加速度传感器数据为向量^，则对于叉乘向量 ^ Z^ x ^ , P垂直于和^。将姿态跟踪单元绕空间任意轴旋转，则向量 P的

δ = arccos

其中， Ρ。为初始姿态下的叉乘向量； ^为旋转后的叉乘向量。

若三轴地磁传感器和三轴微加速度传感器的坐标系重合，则向量 Ρ 的相对旋转角度与其实际的旋转角度是相同的，根据这个特性，建立目标函数：

其中， z表示垂直定位销的位置， '表示水平定位销的位置，表示垂直定位孔的个数，《表示水平定位孔的个数， '和分别表示在第 z垂直定位孔和第 _；水平定位孔处的姿态相对在第 z垂直定位孔和第 1水平定位孔处的待标定的相对旋转角度和实际姿态相对旋转角。

因为该歩骤的标定只涉及到对准标定，故设 ¾和 &为单位阵， b_k 为零向量。将校正后的静态数据 S_vh— _TSB作为原始输入数据 ^代入式 ( 1 )，得到三轴微加速度传感器数据的表达式（9 ) 和三轴地磁传感器数据的表达式（10):

y_a =M_au_a (9) y_m =M _m ( 10) 其中， M_a表示三轴微加速度传感器坐标系到自身坐标系的对准矩阵，代表三轴地磁传感器坐标系到三轴微加速度传感器坐标系的对准矩阵。

将和 J 乍为 4和/) _M ，代入 P = x¾和式（7)，便可求得 '，而的表达式为：

¾=0-1)χ45 ，尸 1,2,..., 8 (11) 令 Λ 为单位阵（此处只标定三轴地磁传感器到三轴微加速度传感器的坐标系的对准矩阵 M_ra)，并将求得的 '和式（11)代入目标函数（8)，采用遗传算法对其进行数据拟合，便可求得三轴地磁传感器的坐标系到三轴微加速度传感器的坐标系的对准矩阵 M_mo 经过地磁传感器坐标系到微加速度传感器坐标系的对准标定后，从 S_vh— _TSB得到的 64组静态数据记为 S_vh MTSB°

歩骤 43: 基于歩骤 3 分离得到的三轴微陀螺仪传感器的静态数据和歩骤 41 中标定后的三轴微加速度传感器的静态数据，对三轴微陀螺仪传感器的零漂因子进行标定。

三轴微陀螺仪传感器的零漂因子与自身所受加速度的关联性如下式所示：

其中，矩阵为零漂更正矩阵，向量 b，分别表示三轴微陀螺仪传感器的零漂因子和校正后的三轴微加速度传感器数据。

为使三轴微陀螺仪传感器在静止姿态下的数据输出尽量接近零，建立目标函数：

•=^l (13) 其中，《为采集数据集的个数， z代表数据集的序列号。将歩骤 3分离得到的 64组静态数据 S_vh中的三轴微陀螺仪传感器数据作为 b!，将 S_vh— _MTSB中对应的三轴微加速度传感器数据作为代入目标函数（13 )，采用遗传算法对其进行数据拟合，便可得到三轴微陀螺仪传感器的零漂因子与自身加速度的关联矩阵。这样就能通过三轴微加速度传感器数据求得三轴微陀螺仪传感器的零漂因子 b_g。

歩骤 44: 基于歩骤 3 分离得到的三轴微陀螺仪传感器的动态数据和二轴无磁转台提供的实际旋转角度，对三轴微陀螺仪传感器的比例因子和正交矩阵进行标定。

三轴微陀螺仪传感器数据积分确定的相对旋转角度如式 (14)、 (15) 和 (16)所； /」、：

2 2 2

gx + gy + gz ( 14) d t (z=x,y,z) ( 15 )

其中， &、和&表示微陀螺仪传感器的原始数据， g'_^n g'_z表示微陀螺仪传感器的标定后的数据， S_g、 T_g、分别为微陀螺仪传感器的零漂因子、正交矩阵和比例因子矩阵， t 为采样时间，、、表示分别绕三轴微陀螺仪传感器的、； Γ和 Z轴的旋转角度，表示三轴微陀螺仪传感器的相对旋转角度。

建立微陀螺仪传感器数据积分确定的相对旋转角度和实际旋转角度的优化目标函数：

m：

( 17 ) 其中，《为采集的数据集的个数， z代表数据集的序列号。

式（16 ) 中的 S_g取歩骤 43中得到的三轴微陀螺仪传感器的零漂因子 b_g， _&、 _&和&取 56组动态数据 D_vhlh2中的三轴微陀螺仪传感器数据，因为二轴无磁转台的水平定位孔呈 45°分布，所以每组动态数据相当于是一个旋转 45°的运动，也就是说，这里实际旋转角度 ^为 45°, 将上述这些数据代入式 (14)-(17：)中，采用遗传算法对目标函数式 (17)求解，就可得到三轴微陀螺仪传感器的比例因子 &和正交矩阵 _g。

至此，就完成了对姿态跟踪单元中惯性 /地磁传感器的标定。

图 6是三轴地磁传感器自身标定前后的数据效果对比，图中虚线表示原始模值数据，实线表示标定后的模值数据，从图 6中可以看出地磁传感器经过标定后，其模值波动相对标定前有明显的减小。

图 7 是三轴微加速度传感器和三轴地磁传感器对准标定的效果图。图中虚线表示的是标定之前叉乘向量旋转角度，实线是标定之后叉乘向量旋转角度。

图 8 是三轴微陀螺仪传感器漂移更正效果图。在数据采集过程中，惯性 /地磁传感器水平放置，然后绕 Z轴重复旋转 90°, 然后对微陀螺仪传感器数据进行积分，继而得到微陀螺仪传感器漂移更正前后的姿态效果对比。图 8中虚线代表微陀螺仪传感器标定前的数据，实线代表标定后的数据。其中，上图代表的是微陀螺仪传感器轴标定前后积分的角度数据，由于惯性地磁传感器只是绕 Z轴旋转，故标定后的数据越接近 0度，就说明标定性能越好；中图代表的是微陀螺仪传感器 Γ轴标定前后积分的角度数据，与轴相同，标定后的数据越接近 0°，就说明标定性能越好;下图代表的是微陀螺仪传感器 Z轴标定前后积分的角度数据，标定后的数据在静止状态越接近 0°或 90°处时说明标定效果越明显。从图 8中的三个图中可以看出陀螺漂移现象明显减小，即本发明的标定效果是显著的。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一歩详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

权利要求

1、一种基于遗传算法的惯性 /地磁传感器标定方法，其特征在于，该方法包括以下歩骤：

歩骤 7: 基于歩骤 3分离得到的三轴微陀螺仪传感器的动态数据和二轴无磁转台的实际旋转角度，对三轴微陀螺仪传感器的比例因子和正交矩阵进行标定。

2、如权利要求 1 所述的方法，其特征在于，所述二轴无磁转台包括垂直转台、水平转台、水平定位孔、水平定位销、垂直转轴、垂直定位孔、垂直定位销、水平转轴和侧面支撑板。

3、如权利要求 2所述的方法，其特征在于，水平转台通过位于垂直转台上的水平转轴与垂直转台连接；水平转台可绕水平转轴转动；位于水平转台上的水平定位销可分别与位于垂直转台上的八个呈 45°分布的水平定位孔对准；垂直转台通过位于侧面支撑板上的垂直转轴和侧面支撑板连接；垂直转台可绕垂直转轴转动；位于垂直转台上的垂直定位销可分别与位于侧面支撑板上的八个呈 45°分布的垂直定位孔对准。

4、如权利要求 2所述的方法，其特征在于，三轴传感器的误差模型表示为：其中， Λ为标定后的输出数据，为传感器的原始输入数据，为比例因子，；为正交矩阵， Μ_έ为对准矩阵， ¾为零漂因子， k=、a, m， g} , α、 m、 g分别代表三轴微加速度传感器、三轴地磁传感器和三轴微陀螺仪传感器。

5、如权利要求 2所述的方法，其特征在于，所述歩骤 2进一歩包括：依次采集各传感器在二轴无磁转台上的不同水平定位孔处和不同垂直定位孔处的静态数据和相邻两个水平定位孔之间的动态数据。

6、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述歩骤 3 中，通过设置阈值来分离各传感器的静态数据和动态数据。

7、如权利要求 4所述的方法，其特征在于，所述歩骤 4进一歩包括以下歩骤：

首先，利用理想的三轴微加速度传感器和三轴地磁传感器在任意静止姿态下三轴数据模值恒定的特性，建立目标函数；

然后，设对准矩阵 Μ_έ为单位阵，将所述歩骤 3分离得到的静态数据中的三轴地磁传感器或三轴微加速度传感器数据作为原始输入数据代入所述误差模型得到输出数据，该输出数据作为 N代入所述目标函数; 最后，采用遗传算法对所述目标函数进行数据拟合，得到三轴微加速度传感器和三轴地磁传感器的标定参数 T_a、 T_m、 S_a、 S_m、 b_a、 b_m，从而得到经零漂因子、比例因子和正交参数校正后的静态数据。

8、如权利要求 4所述的方法，其特征在于，所述歩骤 5进一歩包括以下歩骤：首先，利用三轴地磁传感器和三轴微加速度传感器的坐标系重合时，其相应的数据的叉乘向量 P的相对旋转角度与实际旋转角度相同的特性，建立目标函数；

然后，设正交矩阵；、比例因子、三轴微加速度传感器坐标系到自身坐标系的对准矩阵 M。为单位阵，零漂因子¾为零向量，基于所述歩骤 4校正后的静态数据和所述误差模型计算得到叉乘向量 P的相对旋转角度，将所述相对旋转角度和实际旋转角度代入上述目标函数；

最后，采用遗传算法对代入数据的目标函数进行数据拟合，得到三轴地磁传感器的坐标系到三轴微加速度传感器的坐标系的对准矩阵 M_ra，对三轴地磁传感器到三轴微加速度传感器的坐标系的对准矩阵进行标定。

9、如权利要求 4所述的方法，其特征在于，所述歩骤 6进一歩包括以下歩骤：

首先，利用三轴微陀螺仪传感器的零漂因子与自身所受加速度的关联性建立目标函数；

然后，将所述歩骤 3分离得到的静态数据中的三轴微陀螺仪传感器数据和所述歩骤 5对准标定后的静态数据中的三轴微加速度传感器数据代入上述目标函数；

最后，采用遗传算法对代入数据的目标函数进行数据拟合，得到三轴微陀螺仪传感器的零漂因子 b_g，对三轴微陀螺仪传感器的零漂因子进行标定。

10、如权利要求 4所述的方法，其特征在于，所述歩骤 7进一歩包括以下歩骤：

首先，根据三轴微陀螺仪传感器数据积分确定的相对旋转角度和二轴无磁转台的实际旋转角度建立目标函数；

然后，将所述歩骤 6 中得到的三轴微陀螺仪传感器的零漂因子 b_g 和所述歩骤 3分离得到的动态数据中的三轴微陀螺仪传感器数据代入所述目标函数；

最后，采用遗传算法对代入数据的目标函数进行求解，得到三轴微陀螺仪传感器的比例因子 &和正交矩阵 T_s,对三轴陀螺仪传感器的比例因子和正交矩阵进行标定。