[發明專利]一種MEMS三軸陀螺儀誤差標定方法

有效

• 申請號: 201410077433.7
• 申請日: 2014-03-05
• 公開（公告）號: CN103808331B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發明（設計）人: 杜小菁;蘭曉陽;倪書豪;翟俊儀;涂海峰;李懷建
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 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MEMS三軸陀螺儀的誤差標定方法，其特征在于：具體包括如下步驟：

步驟一，建立MEMS陀螺儀的誤差校正矩陣：

ω=K(ω~-ωo)]]>

式中ω表示MEMS陀螺儀的理想輸出，表示MEMS陀螺儀的實際輸出值，K表示MEMS陀螺儀的誤差校正系數矩陣，ω_o表示MEMS三軸陀螺儀的常值誤差；

建立三軸MEMS陀螺儀的非正交誤差角坐標系，以三軸MEMS陀螺儀中心為原點，以理想正交模型中三軸陀螺儀的矢量指向為X、Y、Z軸；以實際磁傳感器三軸的指向表示X₁、Y₁、Z₁軸；設定Z₁軸與正交模型中的Z軸重合，且Y1OZ1面與YOZ面重合；α為Y₁軸在Y₁OZ₁面與Y軸的夾角；β為X₁軸在XOY面的投影與X軸的夾角；γ為X₁軸與XOY面的夾角；

誤差校正矩陣的矩陣形式表示為：

ωxωyωz=cosαcosβkx00cosαsinβkxcosαky0sinγkxsinαky1kzω~x-ωxoω~y-ωyoω~z-ωzo]]>

式中ω_x、ω_y、ω_z表示MEMS陀螺儀的三軸理想輸出值，為陀螺儀的三軸實際測量值，ω_xo、ω_yo、ω_zo為陀螺儀三軸的零偏，k_x、k_y、k_z是陀螺儀三軸的標度因數，α、β、γ為陀螺儀安裝軸非正交誤差角；

步驟二，將MEMS陀螺儀的Z軸和Y軸與雙軸轉臺主軸和傾斜軸保持平行固定于雙軸轉臺上，采用雙軸轉臺速率實驗，具體方法為：設置雙軸轉臺的主軸和傾斜軸回零，啟動MEMS陀螺儀并預熱一定時間，設置雙軸轉臺的傾斜軸在整個采集過程以某一恒定速率n°/s的速率轉動，分別設置主軸以順時針或逆時針方向轉至p°、2p°、3p°、……、kp°共k個位置，其中p°表示雙軸轉臺主軸每次轉動的角度，k表示轉動的次數，kp°等于360°，每次到達新的位置時，采集MEMS陀螺輸出的數據持續一段相同的時間；得到MEMS陀螺儀不同姿態下隨雙軸轉臺傾斜軸以ω°/s轉動時，k個位置總共采集的樣本數據：

Ω=ω~1...ω~i...ω~N]]>

其中，ω~i=ω~xiω~yiω~ziT;]]>i＝1,2,...,N；

步驟三，MEMS三軸陀螺儀不同位置姿態下對雙軸轉臺傾斜軸轉動矢量敏感的理想值模值，為一常量，其大小為雙軸轉臺傾斜軸轉動的角速率，則橢球方程的矢量形式為：

ωiT·ωi=||ω||2=(ω~i-ω0)T·KTK·(ω~i-ω0)]]>

令A=KTK||ω||2=a1a4a5a4a2a6a5a6a3,]]>則橢球方程展開為：

B＝H·X

其中：

B=-ω~x12-ω~x22...ω~xn2T]]>

H=ω~y12ω~z122ω~x1ω~y12ω~x1ω~z12ω~y1ω~z1-2ω~x1-2ω~y1-2ω~z11...........................ω~yN2ω~zN22ω~xNω~yN2ω~xNω~zN2ω~yNω~zN-2ω~xN-2ω~yN-2ω~zN1]]>

X＝[x₁?x₂?x₃?x₄?x₅?x₆?x₇?x₈?x₉]^T

利用MEMS陀螺儀的輸出數據并采用最小二乘算法估計參數X，獲取參數X以后，MEMS陀螺儀的零偏以及矩陣A的元素如下：

忽略二階小量，則KTK=1kx2βkxkyγkxkzβkxky1ky2αkykzγkxkzαkykz1kz2=A||ωi||2,]]>得到標度因子誤差以及非正交誤差角如下：

1kx=a1||ωi||1ky=a2||ωi||1kz=a3||ωi||α=a6a2a3β=a4a1a2γ=a5a1a3.]]>