[发明专利]全温一体化惯性测量单元标定方法

摘要

本发明公开了一种全温一体化惯性测量单元标定方法,所述惯性测量单元包括三个陀螺仪和三个加速度计，该方法包括以下步骤:（1)根据惯性测量单元陀螺和加速度计的工作原理和误差来源，建立惯性测量单元某一温度点的误差模型；（2）将IMU按方法说明书安装于双轴温箱内；（3）根据标定获得的各温度点模型建立惯性测量单元全温范围内的误差模型；（4)误差补偿：根据步骤3）建立的误差模型，对惯性测量单元的误差进行补偿；（5）精度验证：根据误差模型，对采集数据进行补偿，估计惯性测量单元的测量精度。本发明方法提出了全温补偿模型,从而能提高惯性测量单元的测量精度。

主权项

全温一体化惯性测量单元标定方法,所述惯性测量单元包括三个陀螺仪和三个加速度计，其特征在于，包括以下步骤:1)根据惯性测量单元陀螺和加速度计的工作原理和误差来源，建立惯性测量单元某一温度点的误差模型；具体如下：记加速度计输入轴坐标系为a系和陀螺仪输入轴坐标系为g系,设定正交的坐标系b系的ox_b轴与x加速度计的输入轴ox_a相同，并且oy_b轴在x加速度计的输入轴ox_a和y加速度计的输入轴oy_a所确定的平面x_ay_a内；这样，oy_b轴可通过在x_ay_a平面内转动一小角度来确定，oz_b轴可通过先绕ox_b轴转动一小角度，再绕oy_b轴转动一小角度来确定；从而可知，ox_a和oy_b轴，ox_a和oz_b轴，oy_a和oz_b轴之间为直角；因此，可以在b系中建立加速度计的误差模型为：${\mathrm{\δf}}^b=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\δf}}_x^b\\ {\mathrm{\δf}}_y^b\\ {\mathrm{\δf}}_z^b\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{K}_{\mathrm{ax}}\\ K_{\mathrm{ay}}\\ K_{\mathrm{az}}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{ccc}{K}_{\mathrm{axx}}& 0& 0\\ K_{\mathrm{ayx}}& K_{\mathrm{ayy}}& 0\\ K_{\mathrm{azx}}& K_{\mathrm{azy}}& K_{\mathrm{azz}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{f}_x^b\\ f_y^b\\ f_z^b\end{array}\right]---\left(1\right)$式中，表示加速度计的测量误差，表示加速度计的理想值，K_aI表示加速度计的零位，K_aII表示加速度计的标度因数误差，剩余3个误差参数表示加速度计的安装误差系数；同理，可以在b系中建立陀螺仪的误差模型为：${\mathrm{\δ\ω}}_{\mathrm{ib}}^b=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\δ\ω}}_{\mathrm{ibx}}^b\\ {\mathrm{\δ\ω}}_{\mathrm{iby}}^b\\ {\mathrm{\δ\ω}}_{\mathrm{ibz}}^b\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{D}_{\mathrm{gx}}\\ D_{\mathrm{gy}}\\ D_{\mathrm{gz}}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{ccc}{E}_{\mathrm{gxx}}& E_{\mathrm{gxy}}& E_{\mathrm{gxz}}\\ E_{\mathrm{gyx}}& E_{\mathrm{gyy}}& E_{\mathrm{gyz}}\\ E_{\mathrm{gzx}}& E_{\mathrm{gzy}}& E_{\mathrm{gzz}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ibx}}^b\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{iby}}^b\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ibz}}^b\end{array}\right]---\left(2\right)$式中，表示陀螺仪的测量误差，表示陀螺仪的理想值，D_gI表示陀螺仪的常值漂移，E_gII表示陀螺仪的标度因数误差，剩余6个参数表示陀螺仪的安装误差系数；2)依据惯性测量单元某一温度点的误差模型，按规定速率转动或静止双轴温控转台，并记录IMU输出原始观测量，对惯性测量单元的误差进行全温的精确标定；具体如下:2.1)将IMU按方法说明书安装于双轴温控转台内；2.2)设定温箱的温度温箱温度稳定达到1小时，将IMU通电；2.3)进行陀螺和加速度计误差测量，确定模型中的参数：(1)加速度计的零位K_aI；(2)加速度计的标度因数K_aII；(3)加速度计的安装误差系数K_ayx、K_azx、K_azy；(4)陀螺的常值漂移D_gI；(5)陀螺的标度因数E_gII；(6)陀螺的安装误差系数E_gxy、E_gxz、E_gyx、E_gyz、E_gzx、E_gzy。2.4)建立定温度点误差模型，将IMU断电；2.5)重复步骤2.2)至2.4)直至各温度点模型建立完毕；3)根据标定获得的各温度点模型建立惯性测量单元全温范围内的误差模型；4)误差补偿：根据步骤3)建立的误差模型，对惯性测量单元的误差进行补偿。5)精度验证：根据误差模型，对采集数据进行补偿，估计惯性测量单元的测量精度。