一种基于北斗二代速度信息的加速度计标定方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于北斗二代速度信息的加速度计标定方法，本方法通过主控计算机（1）和数据总线（7）来实现，北斗二代信息采集器（5）和惯性测量组件（6）采集载体导航数据，北斗二代测量数据判定模块（2）判定北斗二代信息采集器（5）采集的导航数据的可用性，加速度计误差参估计模块（3）估计加速度计刻度因数和零偏误差，加速度计标定模块（4）实现加速度计的首次标定和动态标定。本方法基于高精度的北斗二代速度测量值，结合加速度计直接输出的加速度值，利用最小二乘法实现对加速度计的动态标定。本方法能够简化加速度计的参数标定，降低零偏变化对系统精度的影响。
【专利说明】一种基于北斗二代速度信息的加速度计标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种加速度计标定方法，特别是一种基于北斗二代速度信息的加速度 计标定方法。
【背景技术】
[0002] 对加速度计进行有效的标定可解决其性能参数时变性的问题，对提高测量精度非 常必要。传统的标定方法需要借助转台、离心机等标定设备，对未知参数进行完整的系统级 标定，标定精度高，但操作复杂，标定周期长，实效性较差。在实际的组合导航系统中，加速 度计的标定准确性还受到安装角度误差，环境温度特性以及每次启动的随机误差的影响， 因此单纯利用传统的方法对加速度计标定无法满足系统动态特性的要求。
【发明内容】
[0003] 本发明目的在于提供一种基于北斗二代速度信息的加速度计标定方法，解决加速 度计在系统运行情况下标定操作复杂、标定周期长和零偏误差存在变化的问题。
[0004] 一种基于北斗二代速度信息的加速度计标定方法的具体步骤如下： 第一步搭建加速度计测量标定系统。
[0005] 加速度计测量标定系统，包括：主控计算机、北斗二代测量数据判定模块、加速度 计误差参数估计模块、加速度计标定模块、数据总线、北斗二代信息采集器和惯性测量组 件。
[0006] 北斗二代测量数据判定模块、加速度计误差参数估计模块、加速度计标定模块置 于主控计算机内部，主控计算机分别与北斗二代信息采集器、惯性测量组件通过数据总线 连接。
[0007] 北斗二代测量数据判定模块的功能是实时监控北斗二代信息采集器获得的测量 数据，通过内置的判定准则对北斗二代信息采集器采集的导航数据的可用性进行判断；力口 速度计误差参数估计模块的功能是对加速度计刻度因数和零偏误差进行估计；加速度计标 定模块的功能是实现加速度计的首次标定和动态标定。
[0008] 第二步北斗二代信息采集器采集载体的导航数据 通过北斗二代信息采集器采集载体的北向位置 如2〃、东向位置航向中顧和速度「細。
[0009] 第三步惯性测量组件采集载体的导航数据 通过惯性测量组件测得载体的北向位置东向位置ml同时测得加速度计加速 度测量值和陀螺角速度。
[0010] 第四步北斗二代测量数据判定模块确定北斗二代信息采集器采集的导航数据 的可用性 北斗二代测量数据判定模块通过数据总线实时监控北斗二代信息采集器采集的导航 数据，根据判定准则对北斗二代信息采集器采集的导航数据的可用性进行确定，若北斗二 代信息采集器采集的导航数据出现一段连续且精度可用的速度数据，则在主控计算机中 存储该区间北斗二代信息采集器采集的速度数据作为可用速度数据，判定准则如下：当北 斗二代信息采集器采集的速度值^大于等于设定的速度阈值时，所采集的速度数据 可用；当连续两个时刻北斗二代信息采集器输出的航向差Λφ的绝对值小于等于设定的航 向差阈值Φ?β时，所采集的航向数据可用；北斗二代信息采集器的水平位置几何精度因子 HDGP小于等于设定的精度因子阈时，所采集的位置数据可用；利用双差分序列 对北斗二代信息采集器采集的导航数据可用性进行确定，首先通过惯性测量组件获得k时 刻北向位置差分结果和k时刻东向位置差分结果(λ);再通过北斗二代信息 采集器获得k时刻北向位置差分结果和k时刻东向位置差分结果;然后 通过北斗二代信息采集器与惯性测量组件获得k时刻北向位置的互差分结果(幻和东向 位置的互差分结果Δ 5#);再通过北斗二代信息采集器与惯性测量组件获得双测量系统互 差分结果估计的k时刻观测噪声S(A);最后设定观测噪声阈值，当利用双差分序列得到的观 测噪声小于等于观测噪声阈值时，所采集的速度数据可用；当全部满足上述四种 判定准则的连续可用采集数据持续时间t达到连续时间阈值^?时，则该时间段所采集的速 度数据可用。
[0011] 第五步加速度计误差参数估计模块估计加速度计刻度因数和零偏误差。
[0012] 加速度计误差参数估计模块利用北斗二代测量数据判定模块确定的北斗二代信 息采集器采集的可用速度数据作差得到加速度数据，结合通过惯性测量组件测得的加速度 计的加速度测量值，采用最小二乘法对加速度计刻度因数和零偏误差进行估计。
[0013] 第六步加速度计标定模块首次标定加速度计 加速度计标定模块将加速度计误差参数估计模块中计算得到的加速度计刻度因数和 加速度计零偏误差估计值分别与预设的加速度计刻度因数和预设的加速度计零偏误差估 计值求差值，若得到的加速度计刻度因数的差值与预设的加速度计刻度因数的比值高于 10%，或得到的加速度计零偏误差估计值的差值与预设的加速度计零偏误差估计值的比值 高于10%，则对预设的加速度计刻度因数和预设的加速度计零偏误差估计值均进行更新，将 预设的加速度计刻度因数和加速度计零偏误差估计值更新为加速度计误差参数估计模块 中计算得到的加速度计刻度因数和加速度计零偏误差估计值；如果得到的加速度计刻度因 数的差值与预设的加速度计刻度因数的比值低于10%，且得到的加速度计零偏误差估计值 的差值与预设的加速度计零偏误差估计值的比值低于10%，则对预设的加速度计刻度因数 和预设的加速度计零偏误差估计值均不进行更新，预设的加速度计刻度因数和预设的加速 度计零偏误差估计值均保持不变，完成一次加速度计标定。
[0014] 第七步加速度计标定模块进行加速度计动态标定。
[0015] 加速度计标定模块在一次加速度计标定完成后再正常运行时间T，重复通过北斗 二代测量数据判定模块监控北斗二代信息采集器采集到的速度数据，通过加速度计误差参 数估计模块对加速度计刻度因数和加速度计零偏误差估计值进行重新标定，并根据加速度 计标定模块首次标定加速度计的判定准则确定是否需要对预设的加速度计刻度因数和加 速度计零偏误差估计值进行更新，实现加速度计的动态标定。
[0016] 一种基于北斗二代速度信息的加速度计标定方法利用北斗二代在信号接收良好， 速度较高的直线运动段测量值精度高的特性，基于高精度的北斗二代速度测量值，结合加 速度计直接输出值，利用最小二乘法实现对加速度计的动态标定。本发明能够定期更新加 速度计的标定参数，降低了因启动不同以及温度变化等造成的零偏变化对系统精度的影 响。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1 一种基于北斗二代速度信息的加速度计标定方法搭建系统图 1.主控计算机 2.北斗二代测量数据判定模块 3.加速度计误差参数估计模块 4.加速度计标定模块5.北斗二代信息采集器6.惯性测量组件7.数据总线。
【具体实施方式】
[0018] 一种基于北斗二代速度信息的加速度计标定方法的具体步骤如下： 第一步搭建加速度计测量标定系统。
[0019] 加速度计测量标定系统，包括：主控计算机1、北斗二代测量数据判定模块2、加速 度计误差参数估计模块3、加速度计标定模块4、北斗二代信息采集器5、惯性测量组件6、数 据总线7。
[0020] 北斗二代测量数据判定模块2、加速度计误差参数估计模块3、加速度计标定模块 4置于主控计算机1内部，主控计算机1通过数据总线7与北斗二代信息采集器5、惯性测 量组件6连接。
[0021] 北斗二代测量数据判定模块2的功能是实时监控北斗二代信息采集器5获得的 测量数据，通过内置的判定准则对北斗二代信息采集器5采集的导航数据的可用性进行判 断；加速度计误差参数估计模块3的功能是对加速度计刻度因数和零偏误差进行估计；力口 速度计标定模块4的功能是实现加速度计的首次标定和动态标定。
[0022] 第二步北斗二代信息采集器5采集载体的导航数据。
[0023] 通过北斗二代信息采集器5采集载体的北向位置JD2#、东向位置规)2'航向 和速度
[0024] 第三步惯性测量组件6采集载体的导航数据。
[0025] 通过惯性测量组件6测得载体的北向位置"、东向位置同时测得加速度计 加速度测量值和陀螺角速度。
[0026] 第四步北斗二代测量数据判定模块2确定北斗二代信息采集器5采集的导航数 据的可用性 北斗二代测量数据判定模块2通过数据总线7实时监控北斗二代信息采集器5采集的 导航数据，根据判定准则对北斗二代信息采集器5采集的导航数据的可用性进行确定，若 北斗二代信息采集器5采集的导航数据出现一段连续且精度可用的速度数据，则在主控计 算机1中存储该区间北斗二代信息采集器5采集的速度数据作为可用速度数据，判定准则 如下：当北斗二代信息采集器5采集的速度值大于等于设定的速度阈值时，所采集 的速度数据可用；当连续两个时刻北斗二代信息采集器5输出的航向差Δφ的绝对值小于等 于设定的航向差阈值Φ?时，所采集的航向数据可用；北斗二代信息采集器5的水平位置几 何精度因子小于等于设定的精度因子阈值^^^--时，所采集的位置数据可用；利用 双差分序列对北斗二代信息采集器5采集的导航数据可用性进行确定，首先通过惯性测量 组件6获得k时刻北向位置差分结果Μ)#⑷和k时刻东向位置差分结果Δ￡)Λ5⑷；再通过 北斗二代信息采集器5获得k时刻北向位置差分结果ΔΜ32、λ)和k时刻东向位置差分结果 ΔΜ)2%);然后通过北斗二代信息采集器5与惯性测量组件6获得k时刻北向位置的互差 分结果#沐)和东向位置的互差分结果;再通过北斗二代信息采集器5与惯性测量组 件6获得双测量系统互差分结果估计的k时刻观测噪声2(A);最后设定观测噪声阈值，当利 用双差分序列得到的观测噪声2(1：)小于等于观测噪声阈值时，所采集的速度数据可用； 当全部满足上述四种判定准则的连续可用采集数据持续时间t达到连续时间阈值&?时，则 该时间段所采集的速度数据可用。
[0027] 第五步加速度计误差参数估计模块3估计加速度计刻度因数和零偏误差。
[0028] 加速度计误差参数估计模块3利用北斗二代测量数据判定模块2确定的北斗二代 信息采集器5采集的可用速度数据作差得到加速度数据，结合通过惯性测量组件6测得的 加速度计的加速度测量值，采用最小二乘法对加速度计刻度因数和零偏误差进行估计。
[0029] 第六步加速度计标定模块4首次标定加速度计 加速度计标定模块4将加速度计误差参数估计模块中计算得到的加速度计刻度因数 和加速度计零偏误差估计值分别与预设的加速度计刻度因数和预设的加速度计零偏误差 估计值求差值，若得到的加速度计刻度因数的差值与预设的加速度计刻度因数的比值高于 10%，或得到的加速度计零偏误差估计值的差值与预设的加速度计零偏误差估计值的比值 高于10%，则对预设的加速度计刻度因数和预设的加速度计零偏误差估计值均进行更新，将 预设的加速度计刻度因数和加速度计零偏误差估计值更新为加速度计误差参数估计模块3 中计算得到的加速度计刻度因数和加速度计零偏误差估计值；如果得到的加速度计刻度因 数的差值与预设的加速度计刻度因数的比值低于10%，且得到的加速度计零偏误差估计值 的差值与预设的加速度计零偏误差估计值的比值低于10%，则对预设的加速度计刻度因数 和预设的加速度计零偏误差估计值均不进行更新，预设的加速度计刻度因数和预设的加速 度计零偏误差估计值均保持不变，完成一次加速度计标定。
[0030] 第七步加速度计标定模块4进行加速度计动态标定。
[0031] 加速度计标定模块4在一次加速度计标定完成后再正常运行时间T，重复通过北 斗二代测量数据判定模块2监控北斗二代信息采集器5采集到的速度数据，通过加速度计 误差参数估计模块3对加速度计刻度因数和加速度计零偏误差估计值进行重新标定，并根 据加速度计标定模块4首次标定加速度计的判定准则确定是否需要对预设的加速度计刻 度因数和加速度计零偏误差估计值进行更新，实现加速度计的动态标定。
【权利要求】
1. 一种基于北斗二代速度信息的加速度计标定方法，其特征在于具体步骤为： 第一步搭建加速度计测量标定系统； 加速度计测量标定系统，包括：主控计算机（1)、北斗二代测量数据判定模块（2)、加 速度计误差参数估计模块（3)、加速度计标定模块（4)、数据总线（7)、北斗二代信息采集器 (5)和惯性测量组件（6); 北斗二代测量数据判定模块（2)、加速度计误差参数估计模块（3)、加速度计标定模块 (4) 置于主控计算机（1)内部，主控计算机（1)分别与北斗二代信息采集器（5)、惯性测量组 件（6)通过数据总线（7)连接； 北斗二代测量数据判定模块（2)的功能是实时监控北斗二代信息采集器（5)获得的测 量数据，通过内置的判定准则对北斗二代信息采集器（5)采集的导航数据的可用性进行判 断；加速度计误差参数估计模块（3)的功能是对加速度计刻度因数和零偏误差进行估计； 加速度计标定模块（4)的功能是实现加速度计的首次标定和动态标定； 第二步北斗二代信息采集器（5)采集载体的导航数据 北斗二代信息采集器（5)采集载体的北向位置 M) 2〃、东向位置AD 、航向和速度「jza ; 第三步惯性测量组件（6)采集载体的导航数据 惯性测量组件（6)测得载体的北向位置东向位置同时测得加速度计加速度 测量值和陀螺角速度； 第四步北斗二代测量数据判定模块（2)确定北斗二代信息采集器（5)采集的导航数 据的可用性 北斗二代测量数据判定模块（2)通过数据总线（7)实时监控北斗二代信息采集器（5) 采集的导航数据，根据判定准则对北斗二代信息采集器（5)采集的导航数据的可用性进行 确定，若北斗二代信息采集器（5)采集的导航数据出现连续且精度可用的速度数据，则在主 控计算机（1)中存储该区间北斗二代信息采集器（5)采集的速度数据作为可用速度数据， 判定准则如下：当北斗二代信息采集器（5)采集的速度值7_大于等于设定的速度阈值 时，所采集的速度数据可用；当连续两个时刻北斗二代信息采集器（5)输出的航向差Δφ的 绝对值小于等于设定的航向差阈值?时，所采集的航向数据可用；北斗二代信息采集器 (5) 的水平位置几何精度因子/小于等于设定的精度因子阈值^^&^时，所采集的位置 数据可用；利用双差分序列对北斗二代信息采集器（5)采集的导航数据可用性进行确定， 首先通过惯性测量组件（6)获得k时刻北向位置差分结果和k时刻东向位置差 分结果;再通过北斗二代信息采集器（5)获得k时刻北向位置差分结果ΔΜ)2 #(幻 和k时刻东向位置差分结果;然后通过北斗二代信息采集器（5)与惯性测量组件 (6) 获得k时刻北向位置的互差分结果Δ#(^)和东向位置的互差分结果f(.t);再通过北斗二 代信息采集器（5)与惯性测量组件（6)获得双测量系统互差分结果估计的k时刻观测噪声 StXh最后设定观测噪声阈值，当利用双差分序列得到的观测噪声小于等于观测噪声 阈值时，所采集的速度数据可用；当全部满足上述四种判定准则的连续可用采集数据 持续时间t达到连续时间阈值&?时，则该时间段所采集的速度数据可用； 第五步加速度计误差参数估计模块（3)估计加速度计刻度因数和零偏误差； 加速度计误差参数估计模块（3)利用北斗二代测量数据判定模块（2)确定的北斗二 代信息采集器（5)采集的可用速度数据作差得到加速度数据，结合通过惯性测量组件（6) 测得的加速度计的加速度测量值，采用最小二乘法对加速度计刻度因数和零偏误差进行估 计； 第六步加速度计标定模块（4)首次标定加速度计 加速度计标定模块（4)将加速度计误差参数估计模块（3)中计算得到的加速度计刻度 因数和加速度计零偏误差估计值分别与预设的加速度计刻度因数和预设的加速度计零偏 误差估计值求差值，若得到的加速度计刻度因数的差值与预设的加速度计刻度因数的比值 高于10%，或得到的加速度计零偏误差估计值的差值与预设的加速度计零偏误差估计值的 比值高于10%，则对预设的加速度计刻度因数和预设的加速度计零偏误差估计值均进行更 新，将预设的加速度计刻度因数和加速度计零偏误差估计值更新为加速度计误差参数估计 模块（3)中计算得到的加速度计刻度因数和加速度计零偏误差估计值；如果得到的加速度 计刻度因数的差值与预设的加速度计刻度因数的比值低于10%，且得到的加速度计零偏误 差估计值的差值与预设的加速度计零偏误差估计值的比值低于10%，则对预设的加速度计 刻度因数和预设的加速度计零偏误差估计值均不进行更新，预设的加速度计刻度因数和预 设的加速度计零偏误差估计值均保持不变，完成一次加速度计标定； 第七步加速度计标定模块（4)进行加速度计动态标定； 加速度计标定模块（4)在一次加速度计标定完成后再正常运行时间T，重复通过北斗 二代测量数据判定模块（2)监控北斗二代信息采集器（5)采集到的速度数据，通过加速度 计误差参数估计模块（3)对加速度计刻度因数和加速度计零偏误差估计值进行重新标定， 并根据加速度计标定模块（4)首次标定加速度计的判定准则确定是否需要对预设的加速度 计刻度因数和加速度计零偏误差估计值进行更新，实现加速度计的动态标定。
【文档编号】G01P21/00GK104122412SQ201410364633
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】罗杨, 郑丽莹 申请人:北京机械设备研究所