[發明專利]慣性測量單元和地磁傳感器整體標定裝置及標定方法

有效

• 申請號: 201610948040.8
• 申請日: 2016-10-26
• 公開（公告）號: CN106643792B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 王延東;張恩陽;馬經緯
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 22214 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司
• 代理人: 朱紅玲<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.慣性測量單元和地磁傳感器整體標定裝置，包括雙天線GNSS/SINS組合導航系統、標定處理系統、工業相機和六面體工裝，其特征是，標定對象安裝在六面體工裝中，作為標定六面體工裝，所述標定六面體工裝的六個表面上分別貼有不同ID的增強現實合作目標；

所述雙天線GNSS/SINS組合導航系統作為基準組合導航系統與工業相機固連，所述基準組合導航系統中IMU和工業相機安裝于兩個GNSS接收機天線的中點位置；

所述雙天線GNSS/SINS組合導航系統測量當地地理位置和基準坐標系相對于當地地理坐標系的姿態角；所述標定處理系統采集雙天線GNSS/SINS組合導航系統的測量值、標定對象中加速度、陀螺以及地磁傳感器的測量值以及工業相機采集標定六面體工裝表面的增強現實合作目標圖像信息，所述標定處理系統計算當前增強現實合作目標相對相機坐標系的姿態角；

所述標定處理系統計算基準坐標系和當地地理坐標系的方向余弦矩陣，目標坐標系和相機坐標系的方向余弦矩陣；獲得載體坐標系相對于當地地理坐標系的方向余弦矩陣；計算所述載體坐標系三軸傳感器的標稱值；將標定對象中加速度計、陀螺和地磁傳感器標稱值和標定對象中加速度計、陀螺和地磁傳感器的測量值建立方程組，實現對慣性測量單元和地磁傳感器的整體標定。

2.根據權利要求1所述的慣性測量單元和地磁傳感器整體標定裝置，其特征在于，所述基準組合導航系統中的基準IMU的精度至少優于標定對象中IMU的精度一個量級。

3.根據權利要求1所述的慣性測量單元和地磁傳感器整體標定裝置，其特征在于，所述增強現實合作目標為正方形二維增強現實合作目標。

4.根據權利要求1所述的慣性測量單元和地磁傳感器整體標定裝置，其特征在于，所述基準組合導航系統與工業相機通過金屬板桿固定。

5.根據權利要求1所述的慣性測量單元和地磁傳感器整體標定裝置的標定方法，其特征是，該方法由以下步驟實現：

步驟一、將標定對象安裝于標定六面體工裝內，所述標定六面體工裝、雙天線GNSS/SINS組合導航系統以及工業相機處于同一平面，并且所述增強現實合作目標位于工業相機的視場中心位置；

步驟二、建立標定對象中加速度計、陀螺以及磁場傳感器的標定模型；

步驟三、在所述工業相機視場內以任意姿態放置標定六面體工裝，保證至少有一個面上的增強現實合作目標落在工業相機的視場中；

步驟四、所述標定處理系統采集基準組合導航系統輸出的當地地理位置和基準坐標系相對于當地地理坐標系的姿態角，并采集標定對象中加速度、陀螺以及地磁傳感器的測量值；所述工業相機采集所述標定六面體工裝表面的增強現實合作目標的圖像，并將所述合作目標的圖像傳送至標定處理系統，所述標定處理系統計算當前增強現實合作目標相對相機坐標系的姿態角；

步驟五、標定處理系統計算基準坐標系和當地地理坐標系的方向余弦矩陣，目標坐標系和相機坐標系的方向余弦矩陣；獲得載體坐標系相對于當地地理坐標系的方向余弦矩陣；

步驟六、計算所述載體坐標系三軸傳感器的標稱值；將標定對象中加速度計、陀螺和地磁傳感器標稱值和步驟四獲得的標定對象中加速度計、陀螺和地磁傳感器的測量值帶入步驟二中的標定模型；

步驟六、判斷所述測量值是否滿足最小測量次數限制，如果是，則執行步驟七，如果否，返回執行步驟三；

步驟七、將標定對象中加速度計、陀螺和地磁傳感器的標稱值和測量值建立方程組，實現對慣性測量單元和地磁傳感器的整體標定。

6.根據權利要求5所述的標定方法，其特征在于，步驟五中，目標坐標系與載體坐標系的方向余弦矩陣，相機坐標系與基準坐標系的方向余弦矩陣由機械安裝確定，并存儲于標定處理系統內。

7.根據權利要求5所述的標定方法，其特征在于，步驟六中，最小測量次數限制為18次。