[發明專利]GNSS輔助MEMS慣性傳感器零偏的快速在線動態標定方法

有效

• 申請號: 201010239779.4
• 申請日: 2010-07-28
• 公開（公告）號: CN101949710A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 北京泰豪聯星技術有限公司
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 吳小燦

技術領域

本發明涉及衛星導航技術領域，特別是涉及全球衛星導航系統GNSS和基于MEMS的慣性導航系統(MEMS?INS)相結合的組合導航系統中，GNSS輔助MEMS慣性傳感器零偏的快速在線動態標定方法，所述MEMS是指微機電系統，所述的MEMS慣性傳感器包括MEMS加速度計和MEMS陀螺儀，構成組合導航系統的慣性測量單元；MEMS慣性傳感器的測量誤差主要由MEMS加速度計和MEMS陀螺儀的零偏誤差決定，為消除MEMS慣性傳感器的測量誤差，對MEMS慣性傳感器進行零偏標定是非常必要的。

背景技術

全球衛星導航系統GNSS(Global?Navigation?Satellite?System)能為全球用戶提供全天候、連續實時、高精度的三維位置、三維速度和時間基準。由慣性測量單元(Inertial?Measurement?Unit，IMU)為核心組成的慣性導航系統(Inertial?Navigation?System，INS)能夠自主隱蔽地進行連續的三維空間導航與測姿，不存在信號的電磁干擾，能跟蹤和反映運動載體的機動且輸出平穩。將以上二者組合使用，可取長補短，發揮二者各自的優勢，實現持續、高精度并導航信息完備的任務。GNSS與INS相結合的組合導航有諸多優點：INS在短時間內能夠保持較高的精度，且由于其不受外界工作環境影響，可以補償GNSS定位過程中產生的隨機誤差；同時，GNSS定位系統提供的絕對定位測速信息可以補償INS隨時間累積的誤差，而保證長距離運行中的測量精度；短時間內INS的動態信息可以有助于改善GNSS高動態及有干擾環境中的信號失鎖和跳變問題。

微機電系統MEMS(Micro?Electronic?Mechanical?System)是隨著半導體集成電路微細加工技術和超精密機械加工技術的發展而發展起來的，集微型傳感器、執行器、信號處理與控制電路、接口電路、通信和電源一體的微型機電系統。MEMS?IMU是基于MEMS技術的慣性測量單元，它集成了硅微加速度計和硅微陀螺儀這兩種慣性傳感器，用于測量運動載體的線加速度和旋轉角速度。MEMS慣性傳感器繼承了傳統慣性傳感器的完全自主性、保密性強、不存在信號的電磁干擾等特點，又具有尺寸小、重量輕、成本低、功耗小、可靠性高、動態范圍寬、和便于安裝調試等傳統慣性傳感器無法比擬的優點。由其構成的MEMS測量單元逐步取代傳統的慣性傳感器，構建微型、成本低的組合導航系統已成為導航技術發展的熱點和重點。

MEMS慣性傳感器是MEMS?IMU的核心部件，限于目前MEMS器件工藝制造水平，MEMS慣性傳感器的測量誤差主要由MEMS加速度計和MEMS陀螺儀的零偏誤差決定。因此，對MEMS慣性傳感器進行零偏標定是非常必要的。

傳統的零偏標定方法是利用高精度轉臺離線采集數據信息，對MEMS加速度計和MEMS陀螺儀的主要誤差系數進行標定，轉臺標定方法雖然已經比較成熟，但存在以下缺點：第一，數學建模復雜，需要大量的離線數據樣本；第二，僅能夠對MEMS加速度計和陀螺儀的單次上電誤差特性，如零偏穩定性，進行標定，而無法對歷次開機誤差的零偏進行標定；第三，需要利用專用測試設備、且對載體運動狀態有特定要求，標定所需時間長、人力物力等成本高；第四，轉臺離線標定時的環境因素與實際在線使用時的環境因素(溫度、濕度、安裝誤差、振動、電磁干擾等等)有出入，可能造成標定得出的參數不適用于使用環境；第五，隨著庫存時間的增加，MEMS加速度計和陀螺儀的標定參數將隨時間發生漂移，MEMS?INS的導航能力會下降。對于許多系統來說，重標定的成本太高，也不利于系統性能的維護和改善，更不利于系統響應的實時性和快速性。第六，使用傳統方法標定后的INS在使用過程中，系統工作精度嚴重依賴于高性能的慣性器件誤差的零偏重復性，然而MEMS慣性器件不具備優良的零偏重復特性。第七，傳統的標定方法要求系統處于非動態環境的初始工作狀態。綜上所述，隨著GNSS/MEMS組合導航系統應用的擴展，傳統的標定手段(如要求初始靜止狀態)難以適用于日趨廣泛的使用環境。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的缺陷和不足，提出一種GNSS輔助MEMS慣性傳感器零偏的快速在線動態標定方法，其優勢在于不受載體運動狀態限制，計算量小，實時性強，可以快速完成慣性傳感器零偏的在線動態標定，有助于實現GNSS/MEMS?INS組合系統的快速啟動及其批量化應用。所述MEMS是指微機電系統，所述MEMS慣性傳感器是構成MEMS慣性測量單元的核心部件，包括MEMS加速度計和MEMS陀螺儀。

本發明的技術方案是：