一种惯性测量单元误差补偿方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及惯性测量单元误差补偿方法，特别是涉及一种惯性测量单元误差补偿方法。
【背景技术】
[0002]惯性测量单元标定是惯性导航的前提，标定结果的好坏将对惯性导航精度产生直接的影响。低成本的惯性测量单元，由于采用低成本惯性器件，其输出精度已经大打折扣。本专利所指的低成本惯性测量单元，其组成包括:加速度计和陀螺仪。该低成本惯性测量单元中加速度计可为三轴加速度计，优选低成本三轴加速度计。该低成本惯性测量单元中陀螺仪可为三轴陀螺仪，优选低成本三轴陀螺仪。而利用传统的标定方法对这类器件进行标定，耗费时间长，而且起不到良好的效果，事倍功半。典型的惯性测量单元误差源包括:零位误差、比例系数误差、安装误差和随机误差几大类。对于低成本惯性测量单元来说，同样也包含这几类误差。
[0003]随着移动通信与互联网技术的普及，低成本惯性测量单元应用的场合也越来越多，出货量也会越来越大。而对于这类产品的大批量生产，就必须有一种快速误差建模与标定技术，来提高惯性测量单元生产效率。
[0004]本发明公开了一种惯性测量单元误差补偿方法，其目的是为了提高低成本惯性测量单元的测量精度，同时能够快速进行实施，提高惯性测量单元的生产效率。该方法的具体实时步骤为:第一步，将惯性测量单元固定于三轴转台上，确定惯性测量单元的安装基准；第二步，确定惯性测量单元X轴器件粗标定零位系数和粗标定比例系数；第三步，确定惯性测量单元y轴器件粗标定零位系数和粗标定比例系数；第四步，确定惯性测量单元z轴器件粗标定零位系数和粗标定比例系数；第五步，将惯性测量单元至于高低温箱内，确定惯性测量单元温度一次项系数和温度二次项系数；第六步，将惯性测量固定于三轴转台上，确定惯性测量单元X、1、z轴器件比例系数误差系数；第七步，确定惯性测量单元X、1、z轴器件交叉耦合系数；第八步，采集I小时惯性测量单元输出，确定惯性测量单元x、y、z轴器件随机误差系数；第八步，进行惯性测量单元重复性测试。
【发明内容】
[0005]本发明公开了一种惯性测量单元误差补偿方法，其目的是为了提高低成本惯性测量单元的测量精度，同时能够快速进行实施，提高了惯性测量单元的生产效率。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0007]该方法的具体实时步骤为:
[0008]第一步，将惯性测量单元固定于三轴转台上，确定惯性测量单元的安装基准；
[0009]第二步，确定惯性测量单元X轴器件粗标定零位系数和粗标定比例系数；
[0010]第三步，确定惯性测量单元y轴器件粗标定零位系数和粗标定比例系数；
[0011]第四步，确定惯性测量单元z轴器件粗标定零位系数和粗标定比例系数；
[0012]第五步，将惯性测量单元至于高低温箱内，确定惯性测量单元温度一次项系数和温度二次项系数；
[0013]第六步，将惯性测量固定于三轴转台上，确定惯性测量单元X、1、z轴器件比例系数误差系数；
[0014]第七步，确定惯性测量单元X、y、z轴器件交叉親合系数；
[0015]第八步，采集I小时惯性测量单元输出，确定惯性测量单元x、y、z轴器件随机误差系数；
[0016]第九步，进行惯性测量单元重复性测试。
[0017]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0018]I)本发明提供的一种惯性测量单元误差补偿方法，利用三轴转台对低成本惯性测量单元进行标定，只需安装两次测量工装，缩短了标定时间，提高了工作效率。
[0019]2)本发明提供的一种惯性测量单元误差补偿方法，利用流程化的工作步骤设计，缩短了标定时间。
[0020]3)本发明提供的一种惯性测量单元误差补偿方法，以标准的惯性器件误差模型为依据，在保证低成本惯性测量单元精度的同时，提高了标定效率。
【附图说明】
[0021]图1为一种惯性测量单元误差补偿方法流程图。
【具体实施方式】
[0022]本发明公开了一种惯性测量单元误差补偿方法，其目的是为了提高低成本惯性测量单元的测量精度，同时能够快速进行实施，提高了惯性测量单元的生产效率。
[0023]本发明提出的一种惯性测量单元误差补偿方法，其步骤如下:
[0024]第一步，将惯性测量单元固定于三轴转台上，确定惯性测量单元的安装基准
[0025]将惯性测量单元通过工装固定与三轴转台上，使其测量轴与三轴转台的三轴旋转轴重合，即三轴转台的X轴对应低成本惯性测量单元的X轴，三轴转台的I轴对应低成本惯性测量单元的y轴，三轴转台的z轴对应低成本惯性测量单元的z轴，且三轴方向与导航坐标系东北天方向重合。利用三轴转台的控制程序，使转台自动进行调平，自动找到方向基准。
[0026]第二步，确定惯性测量单元X轴器件粗标定零位系数和粗标定比例系数
[0027]低成本惯性测量单元工作于原始数据输出模式，即低成本惯性测量单元的输出均为ADC(模数转换器)输出的数字值。通过三轴转台控制程序，按照如下方式运动，并在运动过程中，利用低成本惯性测量单元数据记录程序记录低成本惯性测量单元数据输出:
[0028](I)控制转台在静止情况下工作I分钟；
[0029](2)以100° /s的角速率绕X轴旋转6000° ;
[0030](3)以30° /s的角速率绕y轴旋转90°，并静止I分钟
[0031](4)以-30° /s的角速率绕y轴旋转至-180°，并静止I分钟；
[0032](5)转台回零。
[0033]关闭低成本惯性测量单元，读取记录数据，处理过程如下:
[0034](I)计算静止情况下的I分钟X轴低成本陀螺仪输出数据的平均值，该值即为X轴低成本陀螺仪粗标定零位系数；
[0035](2)计算100° /s的角速率绕X轴旋转6000°的平均值，并利用该值减去零位系数，得到系数a ;利用100除以a，即得到X轴低成本陀螺仪粗标定比例系数；
[0036](3)计算y轴处于90°时，x轴低成本加速度计输出的平均值记为b ；
[0037](4)计算y轴处于-90°时，x轴低成本加速度计输出的平均值记为c ；
[0038](5)计算d = (b_c)/2，该值即为x轴低成本加速度计的粗标定零位系数；利用b减去d，得到值e，利用本地重力-9.8m/S2除以e，得到x轴低成本加速度计的粗标定比例系数。
[0039]第三步，确定惯性测量单元y轴器件粗标定零位系数和粗标定比例系数
[0040]通过三轴转台控制程序，按照如下方式运动，并在运动过程中，利用低成本惯性测量单元数据记录程序记录低成本惯性测量单元数据输出:
[0041](I)控制转台在静止情况下工作I分钟；
[0042](2)以100° /s的角速率绕y轴旋转6000° ;
[0043](3)以30° /s的角速率绕X轴旋转90°，并静止I分钟
[0044](4)以-30° /s的角速率绕X轴旋转至-180°，并静止I分钟；
[0045](5)转台回零。
[0046]关闭低成本惯性测量单元，读取记录数据，处理过程如下:
[0047](I)计算静止情况下的I分钟y轴低成本陀螺仪输出数据的平均值，该值即为y轴低成本陀螺仪粗标定零位系数；
[0048](2)计算100° /s的角速率绕y轴旋转6000°的平均值，并利用该值减去零位系数，得到系数al ;利用100除以al，即得到y轴低成本陀螺仪粗标定比例系数；
[0049](3)计算X轴处于-90°时，y轴低成本加速度计输出的平均值记为bl ；
[0050](4)计算X轴处于90°时，y轴低成本加速度计输出的平均值记为cl ；
[0051]计算dl = (bl_cl)/2，该值即为x轴低成本加速度计的粗标定零位系数；利用bl减去dl，得到值el，利用本地重力-9.8m/s2除以el，得到y轴低成本加速度计的粗标定比例系数。
[0052]第四步，确定惯性测量单元z轴器件粗标定零位系数和粗标定比例系数
[0053]通过三轴转台控制程序，按照如下方式运动，并在运动过程中，利用低成本惯性测量单元数据记录程序记录低成本惯性测量单元数据输出:
[0054](I)控制转台在静止情况下工作I分钟；
[0055](2)以100° /s的角速率绕z轴旋转6000° ;
[0056](3)以30° /s的角速率绕X轴旋转180°，并静止I分钟
[0057](4)转台回零。
[0058]关闭低成本惯性测量单元，读取记录数据，处理过程如下:
[0059](I)计算静止情况下的I分钟z轴低成本陀螺仪输出数据的平均值，该值即为z轴低成本陀螺仪粗标定零位系数；
[0060](2)计算100° /s的角速率绕z轴旋转6000°的平均值，并利用该值减去零位系数，得到系数a2 ;利用100除以a2，即得到z轴低成本陀螺仪粗标定比例系数；
[0061](3)计算z轴处于静止时，z轴低成本加速度计输出的平均值记为c2 ；
[0062](4)计算X轴处于180°时，y轴低成本加速度计输出的平均值记为b2 ；
[0063]利用d2 = (b2_c2)/2，该值即为x轴低成本加速度计的粗标定零位系数；利用b2减去d2，得到值e2，利用本地重力-9.8m/s2除以e2，得到z轴低成本加速度计的粗标定比例系数。
[0064]第五步，将惯性测量单元至于高低温箱内，确定惯性测量单元温度一次项系数和温度二次项系数
[0065]将惯性测量单元从三轴转台上取下，放置于高低温箱内，此时低成本惯性测量单元工作于温度标定模式，即将粗标定的零位和比例系数已经烧写进低成本惯性测量单元内。利用低成本惯性测量单元数据记录软件，记录低成本惯性测量单元输出数据。将高低温箱温度以2°C /分钟的升温速率，从_45°C升高至80°C。利用最小二乘方法，计算三个轴向上的惯性器件的温度的一次项系数和二次项系数，即在进行最小二乘时，横坐标为温度，纵坐标为惯性器件测量的输出值，利用最小二乘方法，对该曲线进行二次拟合，即可得到惯性器件的温度的一次项系数和二次项系数。并将结果烧写进低成本惯性测量单