[發明專利]一種IMU標定系統的自檢自校方法

有效

• 申請號: 201310653281.6
• 申請日: 2013-12-05
• 公開（公告）號: CN103616037A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 趙剡;張爍;吳發林;李高亮;張曉磊
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種IMU標定系統的自檢自校方法，其特征在于：

本發明涉及一種IMU標定系統的自檢自校方法，IMU標定系統的整體結構如圖1所示。

●脈沖計數板：產生陀螺同步信號SP1和加計同步信號RDA；提供IMU數據讀寫接口；對IMU輸出信號進行脈沖計數。

●數據傳輸板：將脈沖計數板的數據傳到上位機；產生IMU仿真信號。

●上位機：控制標定流程，完成IMU各誤差項計算。

本發明在數據傳輸板添加IMU模擬器功能，產生IMU仿真信號，即6路陀螺和6路加計脈沖信號。IUM仿真信號包含了陀螺標度因數、安裝誤差、常值漂移、加計標度因數、安裝誤差和常值偏置等信息，能夠最大程度模擬IMU的實際輸出，實現了IMU的特性參數仿真。

將IMU仿真信號從脈沖計數板產品端接口輸入，進行IMU標定系統的產品未在環測試，數據經脈沖計數板和數據傳輸板傳到上位機，上位機軟件對IMU的各誤差項進行計算，完成IMU標定系統的自檢自校。

（1）IMU接口測試

數據傳輸板的FPGA芯片（10）中生成256字節的RAM，并在配置文件中寫入初始值。根據IMU的數據讀寫時序關系，FPGA芯片（10）中編程實現256字節RAM的讀寫控制接口，模擬IMU的數據讀寫和存儲。

脈沖計數板將256字節的數據全部讀出，然后經過數據傳輸板將256字節數據傳回上位機，上位機軟件比較讀出的數據與數據傳輸板RAM中寫入的初始值是否相同，完成IMU接口測試。

（2）IMU特性參數仿真

數據傳輸板作為IMU模擬器，在數據傳輸板的FPGA芯片（10）中編程實現12個脈沖信號發生器，產生IMU仿真信號。IUM仿真信號包含了陀螺和加計的誤差信息，信號頻率由IMU特性計算得出，以便模擬IMU的真實信號。

陀螺脈沖信號頻率滿足

SP_a=Aω+D????(1)

式中：S=diag[S_x?S_y?S_z]，P_a=[P_ax?P_ay?P_az]^T，ω=[ω_x?ω_y?ω_z]^T，D=[D_x?D_y?D_z]^T，A=1MxyMxzMyx1MyzMzxMzy1.]]>

其中，P_a為陀螺脈沖信號頻率；S為陀螺儀標度因數；A為陀螺儀的安裝誤差矩陣；ω為輸入陀螺敏感軸的角速度；D為陀螺的常值漂移。

加計脈沖信號頻率滿足

KP_l=Cf+B????(2)

式中：K=diag[k_x?k_y?k_z]，P_l=[P_lx?P_ly?P_lz]^T，f=[f_x?f_y?f_z]^T，B=[B_x?B_y?B_z]^T，C=1CxyCxzCyx1CyzCzxCzy1.]]>

其中，P_l為加計脈沖信號頻率；K為加計標度因數；C為加計的安裝誤差矩陣；a為輸入加計敏感軸的加速度；B為加計的常值偏置。

IMU模擬器能夠模擬IMU在6個位置的信號。根據下邊各位置的關系式，能夠得到每個位置IMU的角速度ω和加速度f，進而根據式(1)和式(2)能夠確定6個位置IMU仿真信號的頻率，實現IMU的特性參數仿真。

位置1：

ωx=0ωy=0ωz=ωiesinL+ω1---(3)]]>

其中，L為緯度；ω_ie為地球自轉角速度；ω₁為轉臺輸入角速度。

fx=0fy=0fz=g---(4)]]>

位置2：

ωx=0ωy=0ωz=-ωiesinL-ω1---(5)]]>

fx=0fy=0fz=-g---(6)]]>

位置3：

ωx=ωiesinL+ω1ωy=0ωz=0---(7)]]>

fx=gfy=0fz=0---(8)]]>

位置4：

ωx=-ωiesinL-ω1ωy=0ωz=0---(9)]]>

fx=-gfy=0fz=0---(10)]]>

位置5：

ωx=0ωy=ωiesinL+ω1ωz=0---(11)]]>

fx=0fy=gfz=0---(12)]]>

位置6：

ωx=0ωy=-ωiesinL-ω1ωz=0---(13)]]>

fx=0fy=-gfz=0---(14)]]>

（3）系統自檢自校

利用并行線纜將數據傳輸板的自檢自校接口與脈沖計數板的產品端接口相連接，數據傳輸板的FPGA芯片（10）產生的IMU仿真信號，從自檢自校接口輸出，經過線纜傳到脈沖計數板的產品端接口。

數據傳輸板FPGA芯片（10）中生成一個定時器，定時周期為T=2π/ω₁，ω₁為轉臺輸入角速度。每當定時周期到達時，定時器產生周脈沖信號，模擬轉臺轉動的輸出信號。

IMU仿真信號通過脈沖計數板的產品端接口進入FPGA芯片（8），FPGA芯片（8）中的12個計數器對各路信號進行4ms計數。每當4ms計數周期到達時，脈沖計數板將計數值傳給數據傳輸板，然后數據傳輸板通過PCI總線將數據傳到上位機。

上位機軟件利用計數值計算陀螺的、標度因數S、安裝誤差A和常值漂移D，加計的標度因數K、安裝誤差C和常值偏置B，通過與IMU仿真器的誤差設定值進行比較，檢測系統的性能。IMU的6個位置都要進行測試，以完成IMU標定系統的自檢自校。