[发明专利]基于杆臂补偿与正反倍速率同时标定多MIMU误差的方法

权利要求书

1.一种基于杆臂补偿与正反倍速率同时标定多MIMU误差的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、单轴速率转台安装平面调整为与地理水平面平行，其旋转轴向与地理水平面垂直，加工的六面体工装相邻两个面相互垂直；将多个MIMU安装在六面体工装上，上电后，静止预热30分钟；记录静态实验数据100秒；

步骤二、使MIMU的Z轴与转台旋转轴向平行，方向与转台正向一致，采集1分钟的静止数据，在每个方位输入不同的正反转速和一定倍数的转速，保持采集100秒匀速转动，并保证旋转整周数，分别采集每一转速下MIMU的输出数据，所述输出数据包括角速度通道的角速率、加速度通道的线加速度以及温度传感器输出，将六位置每个速率下采集的正反转数据分别求平均，求得六位置下每一转速MIMU角速度通道输出均值；

步骤三、采集完所有输出数据后，旋转转台使MIMU转动到与初始静态位置相对称的位置，采集初始静态位置下100秒的MIMU输出数据；利用六面体工装，分别设置MIMU六个位置，在每个位置重复步骤二的操作；

步骤四、根据采集的MIMU输出数据，基于杆臂效应误差补偿模型以及离心加速度降维解耦模型，去除离心加速度影响，补偿杆臂误差；

步骤五、利用加权最小二乘法的误差解算模型，计算求解出具有统计意义的陀螺及加速度计的标度因数、常值漂移、安装误差的误差系数并输出保存。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤四中的杆臂效应误差补偿模型，包括：

使用转台标定多个MIMU时，由于MIMU测量中心与转台旋转中心之间存在杆臂r，当转台以角速率ω转动时，产生离心加速度α_ω：

其中，杆臂r＝[r_x r_y r_z]^T，角速率ω＝[ω_x ω_y ω_z]^T；

则加速度通道的实际输入α_in为：

α_in＝g+α_ω

将加速度输入分解为已知加速度和未知加速度，所述已知加速度为重力加速度；所述未知加速度为离心加速度：

解算误差系数进行补偿后结果为：

式中：α_x，α_y，α_z分别为测量轴x，y，z实际加速度值，α_ex，α_ey，α_ez分别为测量轴x，y，z由于标定时的离心加速度引起的补偿误差；α_ex，α_ey，α_ez与标定时测量轴x，y，z离心加速度大小分别成正比。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤四中的离心加速度降维解耦模型为：

翻转MIMU后，在ω₁和ω₂两个n倍速率点采集数据，取ω₂＝nω₁，则有翻转后加速度关系：

a_2im＝n²a_lim

利用加速度关系对降维模型进行解耦，可消除离心加速度，得到去除离心加速度的降维模型：

其中，和A′_I1如下，由测量数据分解得到：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤五中的加权最小二乘法的误差解算模型，对误差系数在去除离心加速度的降维模型两边同时乘以六方位数据的权值矩阵σ_a，得到方程组：

式中：和A′_I1乘权值矩阵σ_a后得到和A″_I1，其中：

σ_a＝Diag[σ_α1 σ_α2 σ_α3 σ_α4 σ_α5 σ_α6]，其中σ_α5为Z轴向上方位权值，大于其他方位权值；再使用加权最小二乘法解算得到K_A，角速度通道误差系数解算模型为：

角速度通道误差系数包括比力相关项，求解未知离心加速度，进行消元，得到加速度输入位置离心加速度模型：

式中：

地球自转角速度水平分量经转台旋转调制为正弦信号，整周期均值为零；根据角速度通道误差模型，标定方法中角速度通道输出与输入关系为：

式中：为数据角速度计输出矩阵，G_I为数据角速度和加速度输入矩阵，K_G为角速度通道误差系数矩阵；

ω_i+＝ω_i+Ω_esin(φ)，ω_i-＝-ω_i+Ω_esin(φ)，Ω_e表示地球自转角速度，为陀螺输出原始数据，ω_i为输入角速率，φ为当地纬度；

应用加权最小二乘法，角速度通道输出与输入关系公式左右两边同时乘以六方位数据的权值矩阵σ_g，得到方程组：

根据加权最小二乘法解算陀螺标度因数K_G为：

式中：和G_I乘权值矩阵σ_g后得到和G′_I，其中σ_g＝Diag[σ_g1 σ_g2 … σ_g11 σ_g12]，σ_g9和σ_g10为Z轴向上方位数据权值，大于其他方位权值。