專利名稱：一種消除陀螺常值漂移影響的慣性測(cè)量單元混合標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種慣性測(cè)量單元(IMU)的誤差標(biāo)定方法，可用于標(biāo)定撓性陀螺IMU、液浮陀螺IMU或MEMS陀螺IMU。
背景技術(shù)：
慣性測(cè)量單元(IMU)是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的核心部件，其誤差包含確定性誤差和隨機(jī)誤差兩部分，其中確定性誤差即系統(tǒng)誤差約占總誤差的90％左右，因此在使用前必須建立IMU確定性誤差的數(shù)學(xué)模型，并通過試驗(yàn)的方法確定模型中的各項(xiàng)誤差系數(shù)，這個(gè)過程稱為IMU的標(biāo)定。傳統(tǒng)的標(biāo)定方法有速率標(biāo)定試驗(yàn)方法和多位置靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)，速率標(biāo)定試驗(yàn)的精度很高，但是只能標(biāo)定出部分誤差系數(shù)；多位置靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)通常采用最小二乘法處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以標(biāo)定出全部的誤差系數(shù)，但是精度較低，且最小二乘法使不穩(wěn)定的陀螺常值漂移污染到其他各項(xiàng)誤差系數(shù)，導(dǎo)致不同的多位置試驗(yàn)方案得到的標(biāo)定結(jié)果不一致，且差別很大，稱之為“誤差系數(shù)不一致問題”。因此，上述傳統(tǒng)的兩種標(biāo)定方法都不能完成IMU的精確標(biāo)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可消除多位置靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)中陀螺常值漂移影響的動(dòng)靜結(jié)合IMU混合精確標(biāo)定方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種消除陀螺常值漂移影響的慣性測(cè)量單元(IMU)混合標(biāo)定方法，其特征在于首先通過動(dòng)態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)標(biāo)定出IMU誤差模型中的陀螺標(biāo)度因數(shù)和陀螺的安裝誤差，然后代入相鄰位置對(duì)稱的24位置靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)中，并采用對(duì)稱位置誤差相消法標(biāo)定出IMU的其余各項(xiàng)誤差系數(shù)，包括陀螺常值漂移、陀螺與加速度有關(guān)誤差項(xiàng)、加速度計(jì)常值偏置、加速度計(jì)的標(biāo)度因數(shù)和加速度計(jì)的安裝誤差，具體步驟如下(1)建立慣性測(cè)量單元(IMU)的整體誤差模型，整體誤差模型包括角速度通道誤差模型和加速度通道誤差模型。角速度通道誤差模型中包含螺標(biāo)度因數(shù)一次項(xiàng)和二次項(xiàng)、陀螺常值漂移、陀螺的安裝誤差、陀螺與加速度有關(guān)誤差項(xiàng)；加速度通道誤差模型包含加速度計(jì)標(biāo)度因數(shù)、加速度計(jì)常值偏置和安裝誤差等，共36項(xiàng)誤差系數(shù)；(2)根據(jù)IMU中陀螺儀的角速度測(cè)量范圍，利用速率轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行IMU動(dòng)態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)，將IMU固定在速率轉(zhuǎn)臺(tái)上，使轉(zhuǎn)臺(tái)以不同的角速度旋轉(zhuǎn)，并記錄IMU輸出的數(shù)據(jù)；(3)采用最小二乘法計(jì)算陀螺標(biāo)度因數(shù)一次項(xiàng)和二次項(xiàng)，利用動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中順時(shí)針旋轉(zhuǎn)IMU和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)IMU時(shí)陀螺常值誤差和與加速度有關(guān)誤差的對(duì)消，計(jì)算陀螺的安裝誤差；(4)利用位置轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行相鄰位置對(duì)稱的24位置靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)，將IMU固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)使IMU的xyz三個(gè)坐標(biāo)軸與當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系重合，變更三個(gè)坐標(biāo)軸的指向，就會(huì)得到三個(gè)坐標(biāo)軸24位置時(shí)，每個(gè)位置的每個(gè)軸的輸出數(shù)據(jù)；(5)根據(jù)每個(gè)位置上IMU的每個(gè)軸的輸出數(shù)據(jù)與地球自轉(zhuǎn)角速度和重力加速度在各個(gè)軸上投影分量之間的關(guān)系，在IMU整體誤差數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，采用對(duì)稱位置誤差相消法，將動(dòng)態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)確定的陀螺標(biāo)度因數(shù)一次項(xiàng)、陀螺標(biāo)度因數(shù)二次項(xiàng)和陀螺安裝誤差代入，計(jì)算得出IMU所有的各項(xiàng)誤差系數(shù)。
本發(fā)明的原理是動(dòng)態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)中輸入的角速度遠(yuǎn)大于陀螺的各項(xiàng)誤差和地球自轉(zhuǎn)角速度，因此標(biāo)定出的陀螺標(biāo)度因數(shù)一次項(xiàng)、陀螺標(biāo)度因數(shù)二次項(xiàng)和陀螺的安裝誤差精度很高。將精度很高的陀螺標(biāo)度因數(shù)一次項(xiàng)、陀螺標(biāo)度因數(shù)二次項(xiàng)和陀螺的安裝誤差代入多位置靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)中，采用對(duì)稱位置誤差相消法確定其余的各項(xiàng)誤差系數(shù)，對(duì)稱位置誤差相消法利用兩個(gè)對(duì)稱位置上IMU的誤差部分相同，部分相反的原理，通過簡(jiǎn)單的加或減即能實(shí)現(xiàn)誤差的分離，該方法簡(jiǎn)單易行，物理意義明確；又因?yàn)椴捎昧讼噜徫恢脤?duì)稱的試驗(yàn)方案，短時(shí)間內(nèi)可以認(rèn)為陀螺常值漂移不變，因此，避免了陀螺常值漂移影響其他誤差項(xiàng)的問題，提高了IMU的標(biāo)定精度。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明結(jié)合了動(dòng)態(tài)標(biāo)定和靜態(tài)標(biāo)定兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，即可以標(biāo)定出IMU全部36項(xiàng)誤差系數(shù)，又提高了標(biāo)定的精度，并且設(shè)計(jì)了相鄰位置對(duì)稱的24位置靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)方案，采用對(duì)稱位置誤差相消法，消除陀螺漂移對(duì)IMU標(biāo)定精度的影響，解決IMU靜態(tài)標(biāo)定中的標(biāo)定結(jié)果不一致問題，實(shí)現(xiàn)了IMU的精確標(biāo)定。


圖1為本發(fā)明的動(dòng)靜混合標(biāo)定流程圖；圖2為本發(fā)明的相鄰位置對(duì)稱的24位置靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)方法示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1、2所示，本發(fā)明的具體方法如下1、建立IMU的整體誤差模型，包括IMU的角速度通道誤差模型和加速度通道誤差模型，分別如式(1)～(3)和式(4)～(6)所示。
角速度通道誤差模型ω‾x=Kx1ωx+Kx2ωx2+Mxyωy+Mxzωz+Dx+Dxxfx+Dxyfy+Dxzfz---(1)]]>ω‾y=Ky1ωy+Ky2ωy2+Myxωx+Myzωz+Dy+Dyxfx+Dyyfy+Dyzfz---(2)]]>ω‾z=Kz1ωz+Kz2ωz2+Mzxωx+Mzyωy+Dz+Dzxfx+Dzyfy+Dzzfz---(3)]]>其中ωx、ωy和ωz分別為實(shí)驗(yàn)中采取的x，y，z軸輸出的角增量(脈沖數(shù))，ωx、ωy和ωz，分別為x，y，z軸輸入的角速度，這里就是角增量，單位為角秒。Sx、Sy、Sz為比例系數(shù)，Myx、Mxz、Mzx為安裝誤差，Dx、Dy、Dz為常值漂移，Dxx、Dyy、Dzz、Dxy、Dyz、Dzx為與g有關(guān)項(xiàng)。
加速度通道誤差模型
fx＝kx(fx+Bx+Ixyfy+Ixzfz)(4)fy＝ky(fy+By+Iyxfx+Iyzfz)(5)fz＝kz(fz+Bz+Izyfy+Izxfx)(6)其中fx、fy和fz分別為實(shí)驗(yàn)中采取的x，y，z軸輸出的比力(脈沖數(shù))，fx、fy和fz，分別為x，y，z軸輸入的加速度，這里就是比力，單位為m/s2。kx、ky、kz為比力系數(shù)，Iyz、Iyz、Ixz、Ixy為安裝誤差，Bx、By、Bz為常值漂移。
2、進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)，將IMU安裝在三軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)上，然后調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)，使轉(zhuǎn)臺(tái)的內(nèi)框架與中框架處于水平面內(nèi)，IMU的z軸與轉(zhuǎn)臺(tái)的Z軸重合，轉(zhuǎn)臺(tái)處于閉環(huán)工作狀態(tài)下。給三軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)的Z軸輸入5°/s，10°/s，20°/s，30°/s，40°/s，50°/s，……，n°/s，其中n表示IMU的角速度測(cè)量范圍，共m個(gè)角速度，對(duì)每一個(gè)角速度都記錄5分鐘的IMU輸出的數(shù)據(jù)，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)使IMU的z軸與轉(zhuǎn)臺(tái)的Z軸的反向重合，轉(zhuǎn)臺(tái)處于閉環(huán)工作狀態(tài)下，再給三軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)的Z軸輸入5°/s，10°/s，20°/s，30°/s，40°/s，50°/s，……，n°/s，n表示IMU的角速度測(cè)量范圍，共m個(gè)角速度，對(duì)每一個(gè)角速度都記錄5分鐘的IMU輸出的數(shù)據(jù)。
同理，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)使轉(zhuǎn)臺(tái)的Z軸與IMU的x軸、y軸重合，重復(fù)以上的工作。
3、利用動(dòng)態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)的數(shù)據(jù)計(jì)算陀螺標(biāo)度因數(shù)一次項(xiàng)、陀螺標(biāo)度因數(shù)二次項(xiàng)和陀螺安裝誤差。
(1)標(biāo)度因數(shù)的計(jì)算當(dāng)繞IMU的Z軸以角速度ω旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，IMU三個(gè)軸輸入的角速度如下ωz＝ω+ωiesin(7)ωx＝ωiecoscosθ(t) (8)ωy＝ωiecossinθ(t) (9)
其中ωx、ωy和ωz分別為IMU的X、Y和Z軸輸入的角速度加上地球自轉(zhuǎn)角速度在三個(gè)軸上的投影，ωie為地球自轉(zhuǎn)角速度，為當(dāng)?shù)鼐暥?，?t)為t時(shí)刻轉(zhuǎn)臺(tái)的外框架旋與北向的夾角。
當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，θ(t)從0變化到2π，所有含有sinθ(t)和cosθ(t)的各項(xiàng)積分為零。這樣IMU速率試驗(yàn)時(shí)誤差模型轉(zhuǎn)換為ω‾x=Kx1ωx+Kx2ωx2+Dx+Dxxfx+Dxyfy+Dxzfz---(10)]]>ω‾y=Ky1ωy+Ky2ωy2+Dy+Dyxfx+Dyyfy+Dyzfz---(11)]]>ω‾z=Kz1ωz+Kz2ωz2+Dz+Dzxfx+Dzyfy+Dzzfz---(12)]]>當(dāng)繞IMU的Z軸以角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)恰好旋轉(zhuǎn)到一周時(shí)，三個(gè)角速度通道可建立如下方程ωx＝Mxz(ω+ωiesin)+Dx+Dxzg(13)ωy＝Myz(ω+ωsin)+Dy+Dyzg (14)ω‾z=Kz1ωz+Kz2ωz2+Dz+Dzzg---(15)]]>根據(jù)式(13)～(15)可得ω‾z1ω‾-z1Mω‾-z6=1gω1ω121-g-ω1ω12MMMM1-g-ω6ω62DzDzzKz1Kz2---(16)]]>上式可以表示為ω＝C·K (17)其中C為12×12的矩陣，ω和K為12×1的列向量，ωz1表示IMU的Z軸與轉(zhuǎn)臺(tái)Z軸重合，轉(zhuǎn)臺(tái)繞Z軸以角速度ωz1旋轉(zhuǎn)時(shí)IMU的Z軸的輸出。ω-z1表示IMU的Z軸與轉(zhuǎn)臺(tái)Z軸反向重合，轉(zhuǎn)臺(tái)繞Z軸以角速度ωz1旋轉(zhuǎn)時(shí)IMU的Z軸的輸出。
由式(17)可得IMU速率標(biāo)定試驗(yàn)中標(biāo)度因數(shù)的計(jì)算公式如下
K＝(CT·C)·C-1ω (18)由式(18)可以求解出z軸陀螺標(biāo)度因數(shù)一次項(xiàng)和二次項(xiàng)，同理可以求解出x軸和y軸的陀螺標(biāo)度因數(shù)一次項(xiàng)和二次項(xiàng)。
(2)安裝誤差的計(jì)算安裝誤差是陀螺儀與IMU殼體各軸系之間的誤差角導(dǎo)致的，安裝誤差使陀螺儀的敏感軸與IMU的坐標(biāo)軸不重合，從而使得陀螺的敏感軸系不正交，在給IMU輸入較大角速度的時(shí)候，安裝誤差產(chǎn)生的角速度誤差不可忽視。
根據(jù)式(17)和式(18)可知，當(dāng)IMU反轉(zhuǎn)的時(shí)候?qū)?yīng)的x軸和y軸輸出為ωx-＝-Mxz(ω+ωiesin)+Dx+Dxzg (19)ωy-＝-Myz(ω+ωsin)+Dy+Dyzg (20)根據(jù)式(17)，式(18)，式(19)和式(20)可得動(dòng)態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)中IMU的安裝誤差計(jì)算公式如下Mxz＝(ωx-ωx-)/2(ωz+ωiesin) (21)Myz＝(ωy-ωy-)/2(ωz+ωiesin) (22)其中，ωx-和ωy-表示表示IMU的z軸與轉(zhuǎn)臺(tái)Z軸重合，轉(zhuǎn)臺(tái)繞Z軸以角速度-ωz1旋轉(zhuǎn)時(shí)IMU的x軸和y軸的輸出。
同理可得其他安裝誤差的計(jì)算公式如下Myz＝(ωy-ωy-)/2(ωx+ωiesin) (23)Mzx＝(ωz-ωz-)/2(ωx+ωiesin) (24)Mxy＝(ωx-ωx-)/2(ωy+ωiesin) (25)Mzy＝(ωz-ωz-)/2(ωy+ωiesin) (26)裝誤差與安輸入的角速度無關(guān)，但是由于陀螺儀隨機(jī)誤差等影響因素，不同輸入角速度解算得到的安裝誤差略有不同，將不同輸入角速度情況下解算得到的安裝誤差進(jìn)行平均，最終得到速率標(biāo)定試驗(yàn)中確定IMU的安裝誤差M=Σi=1nMin---(27)]]>4、設(shè)計(jì)相鄰位置對(duì)稱的24位置靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)方案，并利用速率轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行24位置靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)，如圖2所示，具體步驟如下(1)將IMU安裝在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上，調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)的中框架和內(nèi)框架到水平面內(nèi)，外框架指北，這樣IMU的三個(gè)坐標(biāo)軸就與東北天坐標(biāo)系完全重合，然后待轉(zhuǎn)臺(tái)完全穩(wěn)定下來后，在該位置，即第1位置記錄5分鐘數(shù)據(jù)；(2)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的外框架，每次旋轉(zhuǎn)90°到另一個(gè)位置，待轉(zhuǎn)臺(tái)完全穩(wěn)定下來后，記錄5分鐘數(shù)據(jù)，旋轉(zhuǎn)一周共4個(gè)位置，包括第1位置，每個(gè)位置分別記錄5分鐘數(shù)據(jù)，共記錄了1-4位置數(shù)據(jù)；(3)完成前4個(gè)位置的實(shí)驗(yàn)之后，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的內(nèi)框架旋轉(zhuǎn)軸90度，使IMU的y軸與轉(zhuǎn)臺(tái)Z軸重合，待轉(zhuǎn)臺(tái)完全穩(wěn)定下來后，在該位置，即第5位置記錄5分鐘數(shù)據(jù)，然后旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的外框架，每次旋轉(zhuǎn)90°到另一個(gè)位置，待轉(zhuǎn)臺(tái)完全穩(wěn)定下來后，記錄5分鐘數(shù)據(jù)，旋轉(zhuǎn)一周共4個(gè)位置，包括第5位置，每個(gè)位置分別記錄5分鐘數(shù)據(jù)，共記錄了5-9位置數(shù)據(jù)；(4)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的內(nèi)框旋轉(zhuǎn)軸90度，使IMU的y軸與轉(zhuǎn)臺(tái)Y軸負(fù)向重合，待轉(zhuǎn)臺(tái)完全穩(wěn)定下來后，在該位置，即第9位置記錄5分鐘數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的外框，每90度作為一個(gè)位置，一圈共4個(gè)位置，包括第9位置，每個(gè)位置均記錄5分鐘數(shù)據(jù)，共記錄了9-13位置數(shù)據(jù)；(5)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的內(nèi)框旋轉(zhuǎn)軸90度，使IMU的y軸與轉(zhuǎn)臺(tái)Z軸負(fù)向重合，作為第13個(gè)實(shí)驗(yàn)位置，待轉(zhuǎn)臺(tái)完全穩(wěn)定下來后，在該位置，即第13位置記錄5分鐘數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的外框，每90度作為一個(gè)位置，一圈共4個(gè)位置，包括第13位置，每個(gè)位置均記錄5分鐘數(shù)據(jù)，共記錄了13-16位置數(shù)據(jù)；(6)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的內(nèi)框旋轉(zhuǎn)軸-270度，使IMU的y軸與轉(zhuǎn)臺(tái)Y軸重合，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)中框旋轉(zhuǎn)軸90度，使慣性測(cè)量單元的x軸與轉(zhuǎn)臺(tái)Z軸重合，作為第17個(gè)實(shí)驗(yàn)位置，待轉(zhuǎn)臺(tái)完全穩(wěn)定下來后，在該位置，即第17位置記錄5分鐘數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的外框，每90度作為一個(gè)位置，一圈共4個(gè)位置，包括第17位置每個(gè)位置均記錄5分鐘數(shù)據(jù)，共記錄了17-20位置數(shù)據(jù)；(7)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的中框旋轉(zhuǎn)軸-180度，使IMU的x軸與轉(zhuǎn)臺(tái)Z軸負(fù)向重合，作為第21個(gè)實(shí)驗(yàn)位置，待轉(zhuǎn)臺(tái)完全穩(wěn)定下來后，在該位置，即第21位置記錄5分鐘數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的外框，每90度作為一個(gè)位置，一圈共4個(gè)位置包括第21位置，每個(gè)位置均記錄5分鐘數(shù)據(jù)，共記錄了21-24位置數(shù)據(jù)。
5、利用24位置靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，采用對(duì)稱位置誤差相消法計(jì)算各項(xiàng)誤差系數(shù)。
將IMU的x，y，z分別與東北天地理坐標(biāo)系的x，y，z軸重合，此時(shí)IMU輸出與輸入的關(guān)系為ωx1＝Dx+Mxyωiecos+Mxzωiesin+Dxzg (28)ωy1＝Ky1ωiecos+Ky2(ωiecos)2+Dy+Myzωiesin+Dyzg (29)ωz1＝Kz1ωiesin+Kz2(ωiecos)2+Dz+Mzyωiecos+Dzzg (30)然后繞IMU的z軸轉(zhuǎn)動(dòng)180度，此時(shí)IMU角速度通道輸出與輸入的關(guān)系為ωx2＝Dx-Mxyωiecos+Mxzωiesin+Dxzg (31)ωy2＝-Ky1ωiecos+Ky2(ωiecos)2+Dy+Myzωiesin+Dyzg(32)ωz2＝Kz1ωiesin+Kz2(ωiecos)2+Dz-Mzyωiecos+Dzzg (33)由式(28)-(31)，(29)-(32)和(30)-(33)得
同理，將動(dòng)態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)中確定的陀螺標(biāo)度因數(shù)一次項(xiàng)和二次項(xiàng)，陀螺安裝誤差代入，通過其他對(duì)稱的位置，可以求解出IMU整體誤差模型中全部的誤差系數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種消除陀螺常值漂移影響的慣性測(cè)量單元混合標(biāo)定方法，其特征在于包括以下步驟(1)建立慣性測(cè)量單元(IMU)的整體誤差模型，整體誤差模型包括角速度通道誤差模型和加速度通道誤差模型。角速度通道誤差模型中包含螺標(biāo)度因數(shù)一次項(xiàng)和二次項(xiàng)、陀螺常值漂移、陀螺的安裝誤差、陀螺與加速度有關(guān)誤差項(xiàng)；加速度通道誤差模型包含加速度計(jì)標(biāo)度因數(shù)、加速度計(jì)常值偏置和安裝誤差等，共36項(xiàng)誤差系數(shù)；(2)根據(jù)IMU中陀螺儀的角速度測(cè)量范圍，利用速率轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行IMU動(dòng)態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)，將IMU固定在速率轉(zhuǎn)臺(tái)上，使轉(zhuǎn)臺(tái)以不同的角速度旋轉(zhuǎn)，并記錄IMU輸出的數(shù)據(jù)；(3)采用最小二乘法計(jì)算陀螺標(biāo)度因數(shù)一次項(xiàng)和二次項(xiàng)，利用動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中順時(shí)針旋轉(zhuǎn)IMU和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)IMU時(shí)陀螺常值誤差和與加速度有關(guān)誤差的對(duì)消，計(jì)算陀螺的安裝誤差；(4)利用位置轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行相鄰位置對(duì)稱的24位置靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)，將IMU固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)使IMU的xyz三個(gè)坐標(biāo)軸與當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系重合，變更三個(gè)坐標(biāo)軸的指向，就會(huì)得到三個(gè)坐標(biāo)軸24位置時(shí)，每個(gè)位置的每個(gè)軸的輸出數(shù)據(jù)；(5)根據(jù)每個(gè)位置上IMU的每個(gè)軸的輸出數(shù)據(jù)與地球自轉(zhuǎn)角速度和重力加速度在各個(gè)軸上投影分量之間的關(guān)系，在IMU整體誤差數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，采用對(duì)稱位置誤差相消法，將動(dòng)態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)確定的陀螺標(biāo)度因數(shù)一次項(xiàng)、陀螺標(biāo)度因數(shù)二次項(xiàng)和陀螺安裝誤差代入，計(jì)算得出IMU所有的各項(xiàng)誤差系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種消除陀螺常值漂移影響的慣性測(cè)量單元混合標(biāo)定方法，其特征在于相鄰位置對(duì)稱的24位置靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)方法步驟如下(1)將IMU安裝在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上，調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)的中框架和內(nèi)框架到水平面內(nèi)，外框架指北，這樣IMU的三個(gè)坐標(biāo)軸就與東北天坐標(biāo)系完全重合，然后待轉(zhuǎn)臺(tái)完全穩(wěn)定下來后，在該位置，即第1位置記錄5分鐘數(shù)據(jù)；(2)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的外框架，每次旋轉(zhuǎn)90°到另一個(gè)位置，待轉(zhuǎn)臺(tái)完全穩(wěn)定下來后，記錄5分鐘數(shù)據(jù)，旋轉(zhuǎn)一周共4個(gè)位置，包括第1位置，每個(gè)位置分別記錄5分鐘數(shù)據(jù)，共記錄了1-4位置數(shù)據(jù)；(3)完成前4個(gè)位置的實(shí)驗(yàn)之后，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的內(nèi)框架旋轉(zhuǎn)軸90度，使IMU的y軸與轉(zhuǎn)臺(tái)Z軸重合，待轉(zhuǎn)臺(tái)完全穩(wěn)定下來后，在該位置，即第5位置記錄5分鐘數(shù)據(jù)，然后旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的外框架，每次旋轉(zhuǎn)90°到另一個(gè)位置，待轉(zhuǎn)臺(tái)完全穩(wěn)定下來后，記錄5分鐘數(shù)據(jù)，旋轉(zhuǎn)一周共4個(gè)位置，包括第5位置，每個(gè)位置分別記錄5分鐘數(shù)據(jù)，共記錄了5-9位置數(shù)據(jù)；(4)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的內(nèi)框旋轉(zhuǎn)軸90度，使IMU的y軸與轉(zhuǎn)臺(tái)Y軸負(fù)向重合，待轉(zhuǎn)臺(tái)完全穩(wěn)定下來后，在該位置，即第9位置記錄5分鐘數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的外框，每90度作為一個(gè)位置，一圈共4個(gè)位置，包括第9位置，每個(gè)位置均記錄5分鐘數(shù)據(jù)，共記錄了9-13位置數(shù)據(jù)；(5)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的內(nèi)框旋轉(zhuǎn)軸90度，使IMU的y軸與轉(zhuǎn)臺(tái)Z軸負(fù)向重合，作為第13個(gè)實(shí)驗(yàn)位置，待轉(zhuǎn)臺(tái)完全穩(wěn)定下來后，在該位置，即第13位置記錄5分鐘數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的外框，每90度作為一個(gè)位置，一圈共4個(gè)位置，包括第13位置，每個(gè)位置均記錄5分鐘數(shù)據(jù)，共記錄了13-16位置數(shù)據(jù)；(6)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的內(nèi)框旋轉(zhuǎn)軸-270度，使IMU的y軸與轉(zhuǎn)臺(tái)Y軸重合，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)中框旋轉(zhuǎn)軸90度，使慣性測(cè)量單元的X軸與轉(zhuǎn)臺(tái)Z軸重合，作為第17個(gè)實(shí)驗(yàn)位置，待轉(zhuǎn)臺(tái)完全穩(wěn)定下來后，在該位置，即第17位置記錄5分鐘數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的外框，每90度作為一個(gè)位置，一圈共4個(gè)位置，包括第17位置每個(gè)位置均記錄5分鐘數(shù)據(jù)，共記錄了17-20位置數(shù)據(jù)；(7)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的中框旋轉(zhuǎn)軸-180度，使IMU的X軸與轉(zhuǎn)臺(tái)Z軸負(fù)向重合，作為第21個(gè)實(shí)驗(yàn)位置，待轉(zhuǎn)臺(tái)完全穩(wěn)定下來后，在該位置，即第21位置記錄5分鐘數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的外框，每90度作為一個(gè)位置，一圈共4個(gè)位置包括第21位置，每個(gè)位置均記錄5分鐘數(shù)據(jù)，共記錄了21-24位置數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種消除陀螺常值漂移影響的動(dòng)靜結(jié)合的慣性測(cè)量單元(IMU)混合標(biāo)定方法，本發(fā)明涉及一種用于精確標(biāo)定IMU各項(xiàng)誤差系數(shù)的方法。該標(biāo)定方法首先通過動(dòng)態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)標(biāo)定出IMU誤差模型中的陀螺標(biāo)度因數(shù)和陀螺的安裝誤差，然后代入相鄰位置對(duì)稱的24位置靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)中，并采用對(duì)稱位置誤差相消法標(biāo)定出IMU的其余各項(xiàng)誤差系數(shù)，包括陀螺常值漂移、陀螺與加速度有關(guān)誤差項(xiàng)、加速度計(jì)常值偏置、加速度計(jì)的標(biāo)度因數(shù)和加速度計(jì)的安裝誤差。本發(fā)明可消除靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)中陀螺常值漂移的不穩(wěn)定性對(duì)IMU其他誤差系數(shù)的影響，解決IMU靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)中的“誤差系數(shù)不一致”問題，顯著提高了IMU的標(biāo)定精度，可用于撓性陀螺IMU，液浮陀螺IMU、MEMS陀螺IMU等的精確標(biāo)定。
文檔編號(hào)G01C23/00GK1763477SQ20051008679
公開日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2005年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月4日
發(fā)明者房建成, 劉百奇, 俞文伯, 徐帆, 全偉, 楊勝 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)