[发明专利]九轴传感器的校正实验数据的获取方法

说明书

本发明属于九轴传感器技术领域。针对九轴传感器的校正实验，在参数调整和数据获取方面，主要依赖实体实验装置，可调整性差，数据不易获取的问题，本发明提供一种九轴传感器的校正实验数据的获取方法，该方法通过人机交互界面，向单片机输入各项实验参数，利用设计的计算公式，一次性计算与参数序列对应的九轴传感器信号序列。本发明的方法能够任意设定航姿参考值、传感器参数及干扰参数，实验条件可调范围宽、实验参数准确，实验操作简单且实验成本低。

技术领域

本发明属于九轴传感器技术领域，具体涉及九轴传感器的校正实验数据的获取方法。

背景技术

三轴陀螺、三轴加速度计与三轴磁传感器构成九轴传感器，也被称为MARG传感器。九轴传感器可以测量角速度、加速度及地磁向量在载体坐标系中的坐标，应用其测量信号可以实现载体航姿参数估计。在石油钻井作业中的导向钻井过程中，需要测量不同测点的井斜角与井斜方位角，用于确定井眼轨迹，此外还需测量导向工具的工具面角，用于控制造斜方向。上述井斜角、井斜方位角及工具面角即为钻具的航姿参数，而加速度计、陀螺及磁传感器是常用的钻具航姿参数传感器，为提高航姿参数估计精度，需要获取各种应用条件下九轴传感器测量信号，为改进及验证航姿参数估计算法提供数据基础。

现有的九轴传感器的误差分析方法，主要采用实体的实验装置，参数的调整性差，实验数据获取不易，同时，实验操作繁琐，成本高。例如：文献1（李超“基于MARG传感器的车辆姿态的测量算法的研究”，山东大学硕士学位论文，2017）将九轴传感器安装于车辆载体，并驾驶车辆按预定路线行进，同时采集传感器测量信号数据。为获取航姿参数参考值，在实验中还使用了航姿参考系统。这种方法的缺点是：首先，实验载体的航姿状态受实验路线条件限制，航姿实验范围小；其次，实验中加速度干扰与磁干扰随机性强，干扰作用时间与强度不可控，实验可重复性差；最后，航姿参考系统估计值同样受到各种干扰影响，从而降低了航姿参数参考值的准确性。文献2（梁益丰等“MARG传感器误差分析与标定方法研究”，船舶电子工程，2017,37(9):41-45）与文献3（崔智军“微型捷联航姿系统误差分析与补偿”，仪表技术与传感器，2018,8:98-103）在实验中将九轴传感器安装于三轴转台，通过调整转台获取不同航姿状态下传感器测量信号。这种方法的缺点是：首先，三轴转台特别是三轴无磁转台是专用实验设备，成本较高；其次，通过读取转台刻度值可获得某一固定航姿状态下的航姿参数参考值，但在航姿状态变化过程中无法获取航姿参数参考值。

采用上述的这些校正方法，一些重要实验参数不易调整或无法获取，因此，需要提供一种新的解决问题的方法。

发明内容

针对现有的九轴传感器的校正实验，在参数调整和数据获取方面，主要依赖实体实验装置，可调整性差，数据不易获取，实验操作繁琐的上述问题，本发明提供一种九轴传感器的校正实验数据的获取方法，该方法通过人机交互界面，输入项实验参数，利用计算公式，一次性计算与参数序列对应的九轴传感器信号序列，实验操作简单且实验成本低。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种九轴传感器的校正实验数据的获取方法，包括以下步骤：

步骤1 向单片机系统输入实验参数，包括：航向角序列参数、俯仰角序列参数、横滚角序列参数、仿真时长L、采样周期、陀螺零偏向量序列参数、加速度干扰向量序列参数、磁干扰向量序列参数、陀螺噪声方差、加速度计噪声方差、及磁传感器噪声方差；

步骤2 单片机运行仿真程序，根据实验参数计算输出信号值，具体包括：

步骤2.1 由仿真时长L除以采样周期计算仿真数据点数，对航向角序列参数、俯仰角序列参数及横滚角序列参数分别按仿真点数进行线性插值得到航向角序列、俯仰角序列与横滚角序列；