[發明專利]慣性傳感器的校準方法

有效

• 申請號: 201080028641.8
• 申請日: 2010-10-21
• 公開（公告）號: CN102472632B
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: D·杜沙
• 申請（專利權）人: 萊卡地球系統公開股份有限公司
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01P21/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 李輝

技術領域

本發明涉及慣性傳感器的校準方法及慣性測量單元。特別是，盡管并非專有地， 但是本發明涉及慣性傳感器的現場(in-field)自動校準。

背景技術

精確的慣性檢測對于檢測工作設備的“姿態”(例如，工作設備相對基準框架(通 常是理論上的水平地面)的轉動)是關鍵的。在精準農業(precision?agriculture)中， 需要了解交通工具的姿態以補償由地形起伏導致的GNSS天線的運動。在測量過程 中，GNSS天線經常被安裝在桿上，并且為了準確確定該桿的基部的位置，必須確定 該桿的姿態。

慣性傳感器包括對角度的變化速率進行測量的陀螺儀和對線性加速度進行測量 的加速計。來自慣性傳感器的測量結果包含必須進行補償的偏離和其他誤差。可以使 用以下公式來對慣性傳感器的測量結果進行建模：

a^=Ka+bt+B(T)+ωn]]>

其中：

是測得的慣性量

K是該設備的比例因子(靈敏度)

a是實際慣性量

b_t是隨機偏離，其隨時間的推移而隨機變化

B(T)是溫度相關偏離

ω_n是傳感器噪聲，假定其是高斯白噪聲

每次分別對加速度和轉速進行測量時，以上公式等同地適用于加速計和陀螺儀。 當工作設備靜止時，加速計會讀出取決于該設備姿態的重力部分，并且陀螺儀會讀出 同樣取決于該設備姿態的地球自轉速率部分。當使用工業級陀螺儀時，地球自轉速率 與其他誤差源相比貢獻很小，因此可以將其假定為零以簡化分析而不會引入重大誤 差。根據相同溫度下的充分測量值，來自傳感器噪聲項的貢獻很小并且可以歸入到隨 機偏離中。這樣該模型可以簡化為：

a^=a‾+B(T)+ϵ]]>

是測得的慣性量

是實際慣性量，其通過比例因數加以修正

ε是剩余誤差，合并成單獨項

溫度相關偏離通常是主要誤差。對于慣性傳感器而言，溫度相關偏離在溫度范圍 內并不恒定，而是在慣性傳感器的工作溫度范圍內變化。給定溫度的溫度相關偏離自 身并不恒定，其將在慣性傳感器老化過程中隨時間的推移慢慢改變。

為了補償溫度相關偏離，一些工業級慣性傳感器最初被校準為包括熱偏離誤差模 型。由于時間和費用限制，校準可能僅僅包括慣性傳感器在有限溫度范圍中的實際溫 度變化，而不是在慣性傳感器可能最終工作的全部溫度范圍中的溫度變化。隨著慣性 傳感器的老化，必須對熱偏離誤差模型進行更新。通常通過每年的工廠校準或采用其 他傳感器的(例如，多GPS天線方案)校準來更新熱偏離誤差模型。所有這些策略 都增加了從慣性傳感器獲取適當精確的姿態方案的費用和復雜度。

當諸如交通工具的工作設備正在工作時，很難將由于交通工具的移動和交通工具 的振動所引起的慣性傳感器信號變化同由于溫度變化所引起的信號變化分離開來。因 此，在交通工具靜止期間嘗試觀察慣性傳感器的輸出信號是有用的。