[发明专利]三轴矢量传感器与安装载体间安装误差的标定补偿方法有效
| 申请号： | 201110025739.4 | 申请日： | 2011-01-29 |
| 公开（公告）号： | CN102168991A | 公开（公告）日： | 2011-08-31 |
| 发明（设计）人： | 张晓明;刘俊;高丽珍;杨玉华;李欣然;陈国彬;李永慧;崔星 | 申请（专利权）人： | 中北大学 |
| 主分类号： | G01D3/028 | 分类号： | G01D3/028;G01B21/22 |
| 代理公司： | 山西太原科卫专利事务所 14100 | 代理人： | 骆洋 |
| 地址： | 030051 山*** | 国省代码： | 山西;14 |
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| 摘要： | 本发明涉及矢量传感器的误差修正，具体是一种三轴矢量传感器与安装载体间安装误差的标定补偿方法。标定补偿了因三轴矢量传感器与安装载体间安装误差引起的三轴矢量传感器测量结果误差，所述方法中，三轴矢量传感器与安装载体间的安装角度误差-ψ角、θ角、γ角的标定方法如下：1)、对三轴矢量传感器的封装外壳进行载体坐标系标定；2)、确定三轴矢量传感器与安装载体间的安装角度误差-θ角、γ角；3)、确定三轴矢量传感器与安装载体间的安装角度误差-ψ角；依据标定得到的ψ角、θ角、γ角最终确定针对三轴矢量传感器与安装载体间安装角度误差的修正数学模型。本发明修正过程简洁、结果精确。适用于在测量环境中具有固定测量矢量的三轴矢量传感器。 | ||
| 搜索关键词： | 矢量 传感器 安装 载体 误差 标定 补偿 方法 | ||
【主权项】：
1.一种三轴矢量传感器与安装载体间安装误差的标定补偿方法，其特征在于：设载体坐标系下三轴矢量传感器测量参数的理论值为![]()
而三轴矢量传感器于本身测量坐标系下的实测输出值为![]()
则有实测输出值Sm、理论值Sb的关系式：Sm＝KSb (1-1)即Sb＝K-1Sm (1-2)其中，K为安装误差系数矩阵，K-1为修正系数矩阵-安装误差系数矩阵K的逆矩阵；所述安装误差系数矩阵K由如下方法得到：三轴矢量传感器的本身测量坐标系-m系能通过转动载体坐标系-b系得到，如图1所示，首先将载体坐标系-b系绕zb轴转动ψ角，得到坐标系ox1y1zb；然后将坐标系ox1y1zb绕x1轴转动θ角，得到坐标系ox1ymz1；最后将坐标系ox1ymz1绕ym轴转动γ角，得到坐标系oxmymzm，即三轴矢量传感器的本身测量坐标系-m系；则有安装误差系数矩阵K = K 3 K 2 K 1 = cos γ 0 - sin γ 0 1 0 sin γ 0 cos γ 1 0 0 0 cos θ sin θ 0 - sin θ cos θ cos ψ - sin ψ 0 sin ψ cos ψ 0 0 0 1 - - - ( 1 - 3 ) K - 1 = K 1 - 1 K 2 - 1 K 3 - 1 = cos ψ sin ψ 0 - sin ψ cos ψ 0 0 0 1 1 0 0 0 cos θ - sin θ 0 sin θ cos θ cos γ 0 sin γ 0 1 0 - sin γ 0 cos γ - - - ( 1 - 4 ) S m = K S b = K 3 K 2 K 1 S b = cos ψ cos γ + sin ψ sin θ sin γ - sin ψ cos γ + cos ψ sin θ sin γ - cos θ sin γ sin ψ cos θ cos ψ cos θ sin θ cos ψ sin γ - sin ψ sin θ cos γ - sin ψ sin γ - cos ψ sin θ cos γ cos θ cos γ S x b S y b S z b - - - ( 1 - 5 ) S x m = S x b ( cos ψ cos γ + sin ψ sin θ sin γ ) + S y b ( - sin ψ cos γ + cos ψ sin θ sin γ ) + S z b ( - cos θ sin γ ) S y m = S x b ( sin ψ cos θ ) + S y b ( cos ψ cos θ ) + S z b sin θ S z m = S x b ( cos ψ sin γ - sin ψ sin θ cos γ ) + S y b ( - sin ψ sin γ - cos ψ sin θ cos γ ) + S z b cos θ cos γ - - - ( 1 - 6 ) S b = K - 1 S m = K 1 - 1 K 2 - 1 K 3 - 1 S m = cos ψ cos γ + sin ψ sin θ sin γ sin ψ cos θ cos ψ sin γ - sin ψ sin θ cos γ - sin ψ cos γ + cos ψ sin θ sin γ cos ψ cos θ - sin ψ sin γ - cos ψ sin θ cos γ - cos θ sin γ sin θ cos θ cos γ S x m S y m S z m - - - ( 1 - 7 ) ![]()
然后将三轴矢量传感器以其封装外壳的zb轴旋转180°，并采集三轴矢量传感器相应状态下的实测输出值![]()
与上述两种测量状态对应的载体坐标系下三轴矢量传感器测量参数的理论值![]()
满足：S x 1 b = - S x 2 b S y 1 b = - S y 2 b S z 1 b = S z 2 b - - - ( 1 - 8 ) S x 1 m + S x 2 m = 2 S z 1 b ( - cos θ sin γ ) S y 1 m + S y 2 m = 2 S z 1 b sin θ S z 1 m + S z 2 m = 2 S z 1 b cos θ cos γ - - - ( 1 - 9 ) γ = arctan ( - S x 1 m - S x 2 m S z 1 m + S z 2 m ) θ = arctan [ cos γ ( S y 1 m + S y 2 m ) S z 1 m + S z 2 m ] - - - ( 1 - 10 ) ![]()
该次测量状态对应的载体坐标系下三轴矢量传感器测量参数的理论值![]()
与前一次测量状态对应的载体坐标系下三轴矢量传感器测量参数的理论值![]()
满足：A、以三轴矢量传感器封装外壳的yb轴旋转时，S x 2 b = - S x 3 b S y 2 b = S y 3 b S z 2 b = - S z 3 b - - - ( 1 - 11 ) S x 2 b = S x 3 b S y 2 b = - S y 3 b S z 2 b = - S z 3 b - - - ( 1 - 12 ) S x 2 m + S x 3 m + 2 S y 2 b ( - sin ψ cos γ + cos ψ sin θ sin γ ) S y 2 m + S y 3 m = 2 S y 2 b ( cos ψ cos θ ) S z 2 m + S z 3 m = 2 S y 2 b ( - sin ψ sin γ - cos ψ sin θ cos γ ) - - - ( 1 - 13 ) S x 2 m + S x 3 m S z 2 m + S z 3 m = tan ψ - sin θ tan γ tan ψ tan γ + sin θ - - - ( 1 - 14 ) ψ = arctan [ ( S x 2 m + S x 3 m ) + tan γ ( S z 2 m + S z 3 m ) ( S z 2 m + S z 3 m ) - tan γ ( S x 2 m + S x 3 m ) sin θ ] - - - ( 1 - 15 ) S x 2 m + S x 3 m + 2 S x 2 b ( cos ψ cos γ + sin ψ sin θ sin γ ) S y 2 m + S y 3 m = 2 S y 2 b ( sin ψ cos θ ) S z 2 m + S z 3 m = 2 S z 2 b ( cos ψ sin γ - sin ψ sin θ cos γ ) - - - ( 1 - 16 ) S x 2 m + S x 3 m S z 2 m + S z 3 m = 1 + tan ψ sin θ tan γ tan γ - tan ψ sin θ - - - ( 1 - 17 ) ψ = arctan [ ( S x 2 m + S x 3 m ) tan γ - ( S z 2 m + S z 3 m ) ( S x 2 m + S x 3 m ) + ( S z 2 m + S z 3 m ) tan γ · 1 sin θ ] - - - ( 1 - 18 )
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