[發明專利]基于桿臂補償與正反倍速率同時標定多MIMU誤差的方法

有效

• 申請號: 201810558490.5
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN108592952B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 李建利;劉全普;劉剛;房建成;曲春宇;鄒思遠;胡佳
• 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: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 李鑫

1.一種基于桿臂補償與正反倍速率同時標定多MIMU誤差的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、單軸速率轉臺安裝平面調整為與地理水平面平行，其旋轉軸向與地理水平面垂直，加工的六面體工裝相鄰兩個面相互垂直；將多個MIMU安裝在六面體工裝上，上電后，靜止預熱30分鐘；記錄靜態實驗數據100秒；

步驟二、使MIMU的Z軸與轉臺旋轉軸向平行，方向與轉臺正向一致，采集1分鐘的靜止數據，在每個方位輸入不同的正反轉速和一定倍數的轉速，保持采集100秒勻速轉動，并保證旋轉整周數，分別采集每一轉速下MIMU的輸出數據，所述輸出數據包括角速度通道的角速率、加速度通道的線加速度以及溫度傳感器輸出，將六位置每個速率下采集的正反轉數據分別求平均，求得六位置下每一轉速MIMU角速度通道輸出均值；

步驟三、采集完所有輸出數據后，旋轉轉臺使MIMU轉動到與初始靜態位置相對稱的位置，采集初始靜態位置下100秒的MIMU輸出數據；利用六面體工裝，分別設置MIMU六個位置，在每個位置重復步驟二的操作；

步驟四、根據采集的MIMU輸出數據，基于桿臂效應誤差補償模型以及離心加速度降維解耦模型，去除離心加速度影響，補償桿臂誤差；

步驟五、利用加權最小二乘法的誤差解算模型，計算求解出具有統計意義的陀螺及加速度計的標度因數、常值漂移、安裝誤差的誤差系數并輸出保存。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟四中的桿臂效應誤差補償模型，包括：

使用轉臺標定多個MIMU時，由于MIMU測量中心與轉臺旋轉中心之間存在桿臂r，當轉臺以角速率ω轉動時，產生離心加速度α_ω：

其中，桿臂r＝[r_x r_y r_z]^T，角速率ω＝[ω_x ω_y ω_z]^T；

則加速度通道的實際輸入α_in為：

α_in＝g+α_ω

將加速度輸入分解為已知加速度和未知加速度，所述已知加速度為重力加速度；所述未知加速度為離心加速度：

解算誤差系數進行補償后結果為：

式中：α_x，α_y，α_z分別為測量軸x，y，z實際加速度值，α_ex，α_ey，α_ez分別為測量軸x，y，z由于標定時的離心加速度引起的補償誤差；α_ex，α_ey，α_ez與標定時測量軸x，y，z離心加速度大小分別成正比。

3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步驟四中的離心加速度降維解耦模型為：

翻轉MIMU后，在ω₁和ω₂兩個n倍速率點采集數據，取ω₂＝nω₁，則有翻轉后加速度關系：

a_2im＝n²a_lim

利用加速度關系對降維模型進行解耦，可消除離心加速度，得到去除離心加速度的降維模型：

其中，和A′_I1如下，由測量數據分解得到：

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟五中的加權最小二乘法的誤差解算模型，對誤差系數在去除離心加速度的降維模型兩邊同時乘以六方位數據的權值矩陣σ_a，得到方程組：

式中：和A′_I1乘權值矩陣σ_a后得到和A″_I1，其中：

σ_a＝Diag[σ_α1 σ_α2 σ_α3 σ_α4 σ_α5 σ_α6]，其中σ_α5為Z軸向上方位權值，大于其他方位權值；再使用加權最小二乘法解算得到K_A，角速度通道誤差系數解算模型為：

角速度通道誤差系數包括比力相關項，求解未知離心加速度，進行消元，得到加速度輸入位置離心加速度模型：

式中：

地球自轉角速度水平分量經轉臺旋轉調制為正弦信號，整周期均值為零；根據角速度通道誤差模型，標定方法中角速度通道輸出與輸入關系為：

式中：為數據角速度計輸出矩陣，G_I為數據角速度和加速度輸入矩陣，K_G為角速度通道誤差系數矩陣；

ω_i+＝ω_i+Ω_esin(φ)，ω_i-＝-ω_i+Ω_esin(φ)，Ω_e表示地球自轉角速度，為陀螺輸出原始數據，ω_i為輸入角速率，φ為當地緯度；

應用加權最小二乘法，角速度通道輸出與輸入關系公式左右兩邊同時乘以六方位數據的權值矩陣σ_g，得到方程組：

根據加權最小二乘法解算陀螺標度因數K_G為：

式中：和G_I乘權值矩陣σ_g后得到和G′_I，其中σ_g＝Diag[σ_g1 σ_g2 … σ_g11 σ_g12]，σ_g9和σ_g10為Z軸向上方位數據權值，大于其他方位權值。