[發明專利]用于表征慣性測量單元的方法

有效

• 申請號: 201980085097.1
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN113227714B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: P·艾利;F·達維;C·利格農
• 申請（專利權）人: 賽峰電子與防務公司
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 亓云;陳斌

一種表征慣性測量單元的方法，該慣性測量單元包括承載至少一個加速計的塊，該加速計具有定位在測量參考系的軸上的傳感軸，并且具有至少一個陀螺儀，該陀螺儀被布置成確定測量參考系相對于慣性參考系的方向，該方法包括以下步驟：·將慣性測量單元保持成以相對于地面靜止且處于預定環境中的點為中心，以便獲得加速計信號以及還有陀螺儀信號，該加速計信號是測量參考系中的比力矢量的至少一個分量的圖像，該陀螺儀信號是測量參考系相對于慣性參考系的瞬時旋轉的至少一個分量的圖像；處理這些信號以便在補償地球的旋轉之后獲得表示比力矢量到慣性參考系中的投影的數據；以及·計算數據上的Allan方差，并將其與參考數據進行比較。

本發明涉及慣性測量領域，尤其用于導航目的。

技術背景

用于導航目的的慣性測量通常由慣性測量單元(IMU)提供，該慣性測量單元包括承載三個加速計以及三個角度傳感器的塊，每個加速計具有各自的傳感軸，每個傳感軸沿著測量參考系的各自軸定位，三個角度傳感器被布置成確定測量參考系相對于慣性參考系的方向。加速計測量“比力”(specifi force)矢量的分量。角度傳感器是陀螺儀，它可以是自由陀螺儀或速率陀螺儀。自由陀螺儀確定慣性參考系中的比力矢量的方向。使用速率陀螺儀代替自由陀螺儀也使得在積分后確定比力矢量的方向成為可能。這種積分包括使用wilcos類型的傳統方法來積分四元數的瞬時旋轉矢量，該四元數由表示角度增量的速率陀螺儀的輸出來建立。計算比力矢量和重力場之間的差值提供了加速度，然后將加速度進行積分以便提供導航數據。

為了表征慣性測量單元，即為了確定慣性測量單元提供與預期應用所需精度兼容的測量的能力，已知將每個慣性傳感器放置在以固定點為中心的工作臺/平臺上，并確定針對每個慣性傳感器的Allan方差曲線。這些曲線隨后被用于慣性導航誤差模型中，例如使用有效協方差。這并不能使慣性測量單元被全局地、簡單地和快速地表征。

為了全局地表征慣性測量單元，目前有必要將慣性測量單元納入到導航系統中，并執行慣性導航算法，從而提供校準、對準和導航。然而，這種方法既不簡單也不快速。

發明目的

本發明的目的是為了提供一種用于表征慣性測量單元的手段。

發明的簡要概述

為此，本發明提供了一種表征慣性測量單元的方法，該慣性測量單元包括承載至少一個加速計的塊，該加速計具有定位在測量參考系的軸上的傳感軸，并且具有至少一個慣性角度傳感器，該慣性角度傳感器被布置成確定測量參考系相對于慣性參考系的方向。該方法包括以下步驟：

·將慣性測量單元保持成以相對于地面靜止且處于預定環境中的點為中心，以便獲得加速計信號以及還有角度信號，該加速計信號是測量參考系中的比力矢量的至少一個分量的圖像，該角度信號是測量參考系相對于慣性參考系的瞬時旋轉的至少一個分量的圖像；

·處理這些信號，以便在補償地球繞慣性角度傳感器的測量軸的旋轉的投影后，獲得表示將比力矢量到慣性參考系中的投影的數據；以及

·計算數據上的Allan方差，并將其與參考數據進行比較。

由于慣性測量單元保持成以相對于地面靜止的點為中心，因此所測量比力在理論上等于重力。如果由慣性測量單元提供的測量結果不是這樣，那么這種差異是由誤差引起的，并且主要是由陀螺誤差引起的，已知該陀螺誤差貢獻了總誤差的大部分。本發明的方法利用由慣性測量單元直接提供的測量，并以相對簡單的方式計算通過處理這些測量而獲得的數據的Allan方差，即將比力矢量投影到慣性參考系中，并補償地球繞陀螺儀的傳感軸旋轉的投影。通過執行本發明的方法獲得的Allan方差提供了在測量比力中的性能的漸近值。該性能值表示慣性測量單元提供與預期應用所需精度兼容的測量的能力。因此，本發明的方法使得在導航算法中處理來自慣性測量單元的測量變得毫無意義。