[发明专利]一种基于Vicon的IMU离线标定方法

说明书

本文发明涉及惯性导航领域，具体为一种基于Vicon的IMU离线标定方法，包括IMU及Vicon数据获取模块、数据融合模块、陀螺仪零偏估计模块、加速度计零偏估计模块、输出模块。本发明通过IMU及Vicon数据获取模块采集IMU的加速度和角速度和Vicon的位置信息和姿态信息，再经数据融合模块获得相对姿态残差、相对速度残差和相对位置残差，而后在陀螺仪零偏估计模块优化姿态残差得到陀螺仪零偏参数，之后在加速度计零偏估计模块优化速度残差和位置残差得到加速度计零偏参数，最后将陀螺仪的零偏参数和加速的计的零偏参数通过输出模块输出，从而达到离线情况下对IMU的陀螺仪零偏估计和加速度计零偏估计进行快速，高精度的估计。

技术领域

本发明涉及惯性导航领域，具体是一种基于Vicon的IMU离线标定方法。

背景技术

Vicon是高精度的动作捕获系统，能够稳定且实时获取目标的位置与姿态。通常我们使用Vicon数据作为数据集的真值，并用于评估其他定位系统的定位精度。惯性导航算法，除了位置、速度、姿态以外，通常还需要估计IMU的内部参数。位置、速度、姿态都可以通过Vicon系统进行评估，而估计的IMU内部参数无法直接获取。为了对IMU的内部参数估计进行评估，需要对IMU进行标定。传统的IMU标定方法存在一些缺点，具体如下。

1.传统的IMU标定方法操作复杂，一次操作流程往往需要一到两个小时，费事费力。

2.传统的IMU标定方法无法离线标定，对已经采好的数据集无法得到采集时的真正参数。

发明内容

本发明针对现有IMU标定技术存在的不足，提供一种基于Vicon的IMU离线标定方法利用预积分技术以及将IMU与Vicon数据融合，计算相对姿态残差、相对速度残差和相对位置残差，之后最小化相对姿态残差，得到陀螺仪零偏估计，最后将陀螺仪零偏估计结果用于最小化相对速度残差和相对位置残差，从而得到加速度计的零偏估计。

为了解决上述技术问题，本文采用了如下方案。

一种基于Vicon的IMU离线标定方法，包括：IMU及Vicon数据获取模块、数据融合模块、陀螺仪零偏估计模块、加速度计零偏估计模块及输出模块。

所述的IMU及Vicon数据获取模块用以采集IMU载体运动过程中的加速度、转动的角速度和载体在Vicon坐标系下的数据。

所述的数据融合模块与IMU及Vicon数据获取模块连接，用以计算IMU的预积分值和Vicon采样后的数据，然后计算出相对姿态残差、相对速度残差和相对位置残差。

所述的陀螺仪零偏估计模块与数据融合模块连接，最小化相对姿态残差，得到陀螺仪的零偏估计。

所述的加速度计零偏估计模块与数据融合模块和陀螺仪零偏估计模块连接，运用陀螺仪零偏估计模块得到的陀螺仪零偏估计，最小化相对速度残差、相对位置残差，得到加速度计零偏估计。

所述的输出模块与陀螺仪零偏估计模块和加速度计零偏估计模块连接，用以接收陀螺仪零偏估计模块和加速度计零偏估计模块发出的结果信息。

较优选的，所述的IMU及Vicon数据获取模块包扩三轴加速度计、三轴陀螺仪和Vicon数据获取模块。所述的三轴陀螺仪与三轴的加速度计用以测量载体运动过程中的加速度和转动的角速度，Vicon数据获取模块用来获取IMU载体在Vicon坐标系下的数据。