[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

慣性測量單元和地磁傳感器整體標定裝置及標定方法，涉及導航技術領域，解決現有慣性測量單元標定設備成本高，標定方法復雜，并且現有地磁傳感器的補償技術由于存在誤差導致測量精度低等問題，將高分辨率的長焦工業相機與雙天線GNSS/SINS組合導航系統固連，基準組合導航系統測量地球系位置和當地地理系姿態角，查表獲得理論地磁場強度值，計算理論比力和角速度，經光學基準傳遞，計算標定對象載體系上標稱值，采集被測IMU和地磁傳感器的測量值，任意放置六面體工裝，得到多組被標定對象標稱值和測量值，建立方程組，求取標定參數，完成標定。本發明避免了直接的機械安裝以及標定裝置對地磁傳感器嚴重的電磁干擾，提高了地磁傳感器標定的準確性和可信度。

技術領域

本發明涉及導航技術領域，具體涉及一種慣性器件和地磁傳感器整體標定裝置及其標定方法。

背景技術

慣性測量單元(IMU)和地磁傳感器廣泛應用于智能手機等電子消費品，以及無人機和無人駕駛車等機器人系統中。IMU是慣性導航的基礎測量裝置，由三軸陀螺和三軸加速度計組成，固聯于載體之上，實現對載體角速度和比力的感知，通過力學編排的微分方程，能夠實時計算出載體的位置、速度和姿態角。但是，民用慣性器件的精度差，難以實現方位角的測量和對準。因此，采用三軸地磁傳感器(例如磁通門傳感器和磁阻傳感器等)，感知當地磁場強度，實現方位角的計算。但是慣性導航的精度嚴重依賴慣性器件的精度，即使與GNSS(全球導航衛星系統，例如GPS和北斗等)接收機構成組合導航系統，也存在室內或城市峽谷等無GNSS信號環境。地磁傳感器的測量精度受載體的電磁環境的影響明顯，因此方位角的精度難以保證。為了提高慣導和方位角的解算精度，對慣性器件實現精確的標定和補償是最普遍的方法。

傳統IMU的標定通過三軸慣導測試轉臺和精密離心機實現。在陀螺標定過程中，IMU的坐標系與轉臺坐標系重合，建立標定模型計算陀螺的零偏，通過陀螺對多個基準角速度輸入的響應，計算刻度因數，安裝耦合系統和非線性度等標定系數。同樣地，通過精密離心機能夠標定出加速度計的零偏、刻度因數和耦合誤差等標定系數。但是，三軸慣性轉臺和精密離心機的造價高，需要特定的隔離地基，標定過程復雜。地磁傳感器的標定，目前無相關標準，通常采用圓周運動補償方法，使標定對象的航向角在0～360°范圍內變化，對地磁傳感器進行連續采樣，根據采樣點最大和最小值，推導刻度系數和零位偏置。這種方法只能對地磁傳感器進行定性的補償，屬于經驗方法，不能保證補償的系數的準確性。中國專利公開號CN105180968A，公開日2015年12月23日，發明創造的名稱為《一種IMU/磁強計安裝失準角在線濾波標定方法》，公開了一種IMU/磁強計安裝失準角在線濾波標定方法，應用卡爾曼濾波方法得到捷聯慣導系統IMU相對磁強計安裝失準角全部誤差參數；利用六面體或其它相似的可翻轉裝置即可完成現場標定試驗，克服了傳統實驗室標定的不足，提高了系統實際使用精度。但是這種方法無法避免標定裝置的軟磁效應和硬磁效應對地磁傳感器標定誤差的影響，無法獲得較高的精度和足夠的標定參數。

發明內容

本發明為解決現有慣性測量單元標定設備成本高，標定方法復雜，并且現有地磁傳感器的補償技術由于存在誤差導致測量精度低等問題，提供一種慣性測量單元和地磁傳感器整體標定裝置及標定方法。

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，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；