[發(fā)明專利]一種校準(zhǔn)低成本IMU的方法及系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011090719.0
• 申請(qǐng)日: 2020-10-13
• 公開（公告）號(hào): CN112344959A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盤琳;唐文軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳市富臨通實(shí)業(yè)股份有限公司
• 主分類號(hào): G01C25/00
• 分類號(hào): G01C25/00;G06F17/16;G06F30/20
• 代理公司: 深圳市徽正知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44405
• 代理人: 盧杏艷

本發(fā)明實(shí)施例公開了一種校準(zhǔn)低成本IMU的方法及系統(tǒng)，方法包括：采集若干個(gè)IMU放置于不同姿態(tài)時(shí)的IMU數(shù)據(jù)，生成IMU數(shù)據(jù)集，所述IMU數(shù)據(jù)集包括原始加速度計(jì)數(shù)據(jù)和陀螺儀數(shù)據(jù)；根據(jù)IMU數(shù)據(jù)集生成IMU的誤差模型；根據(jù)IMU誤差模型，獲取IMU的損失函數(shù)，最小化IMU的損失函數(shù)，根據(jù)最小化IMU的損失函數(shù)對(duì)應(yīng)的參數(shù)對(duì)IMU參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)。本發(fā)明實(shí)施例校準(zhǔn)快速、可靠，不需要任何外部設(shè)備，且算法易于實(shí)現(xiàn)，不需要任何參數(shù)調(diào)整；通過在真實(shí)IMU模組數(shù)據(jù)運(yùn)行所取得的結(jié)果表明，實(shí)現(xiàn)了免費(fèi)校準(zhǔn)，與工廠校準(zhǔn)對(duì)比參數(shù)相當(dāng)，提高了IMU的性能，成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)校準(zhǔn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種校準(zhǔn)低成本IMU的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的IMU的校準(zhǔn)是通過使用特殊的機(jī)械平臺(tái)(如機(jī)械手)完成的，在一組精確控制的方向上以已知的旋轉(zhuǎn)速度移動(dòng)IMU(Inertial Measurement Unit，慣性測(cè)量單元)。在每個(gè)方向上，加速度計(jì)的輸出與預(yù)先計(jì)算的重力矢量進(jìn)行比較，在旋轉(zhuǎn)過程中，陀螺儀的輸出與預(yù)先計(jì)算的轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，最后每個(gè)傳感器都有自己的校準(zhǔn)參數(shù)集，存儲(chǔ)在軟件或非易失性存儲(chǔ)器中，提供現(xiàn)成的精確測(cè)量。然而，校準(zhǔn)的機(jī)械平臺(tái)通常非常昂貴，使得傳感器硬件(傳感器、芯片、實(shí)施例等)可能只是最終設(shè)備成本的一小部分。低成本的IMU傳感器通常由于校準(zhǔn)不當(dāng)，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果存在不可忽略的系統(tǒng)誤差，表現(xiàn)出較低的性能。

A.Kim等人提出了一種利用基于標(biāo)記的光學(xué)跟蹤系統(tǒng)的校準(zhǔn)程序，E.M.Nebot等人提出基于GPS讀數(shù)校準(zhǔn)初始偏差和偏差。然而，這些方法的精度很大程度上取決于所采用的運(yùn)動(dòng)學(xué)參考(即運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)或GPS)的精度。Lotters等人首次提出多位置法：建議利用靜態(tài)加速度的大小必須等于重力的大小來校準(zhǔn)加速度計(jì)的偏差和比例因子。他們?yōu)橥勇輧x提出的誤差模型與加速度計(jì)的誤差模型相似，但這種情況下的校準(zhǔn)過程需要單軸轉(zhuǎn)臺(tái)提供強(qiáng)轉(zhuǎn)速信號(hào)，從而提供高校準(zhǔn)精度。但這些方法不僅需要一個(gè)機(jī)械設(shè)備，而且兩個(gè)三元組都是獨(dú)立校準(zhǔn)的，它們之間的偏差無法檢測(cè)。

因此現(xiàn)有技術(shù)還有待于進(jìn)一步發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種校準(zhǔn)低成本IMU的方法及系統(tǒng)，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中IMU的技術(shù)問題。

本發(fā)明實(shí)施例的第一方面提供一種校準(zhǔn)低成本IMU的方法，包括：

采集若干個(gè)IMU放置于不同姿態(tài)時(shí)的IMU數(shù)據(jù)，生成IMU數(shù)據(jù)集，所述IMU數(shù)據(jù)集包括原始加速度計(jì)數(shù)據(jù)和陀螺儀數(shù)據(jù)；

根據(jù)IMU數(shù)據(jù)集生成IMU的誤差模型；

根據(jù)IMU誤差模型，獲取IMU的損失函數(shù)，最小化IMU的損失函數(shù)，根據(jù)最小化IMU的損失函數(shù)對(duì)應(yīng)的參數(shù)對(duì)IMU參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)。

可選地，所述根據(jù)IMU數(shù)據(jù)集生成IMU的誤差模型，包括：

對(duì)原始加速度計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算生成加速度計(jì)誤差模型；

對(duì)原始陀螺儀數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算生成陀螺儀誤差模型。

可選地，所述根據(jù)IMU誤差模型，獲取IMU的損失函數(shù)，最小化IMU的損失函數(shù)，根據(jù)最小化IMU的損失函數(shù)對(duì)應(yīng)的參數(shù)對(duì)IMU參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，包括：

根據(jù)加速度計(jì)誤差模型，獲取加速度計(jì)誤差模型的加速度損失函數(shù)，最小化加速度損失函數(shù)，對(duì)加速度計(jì)的三維數(shù)組進(jìn)行校準(zhǔn)；

根據(jù)陀螺儀誤差模型，獲取陀螺儀誤差模型的陀螺儀損失函數(shù)，最小化陀螺儀損失函數(shù)，對(duì)陀螺儀的三維數(shù)組進(jìn)行校準(zhǔn)。

可選地，所述根據(jù)陀螺儀誤差模型，獲取陀螺儀誤差模型的陀螺儀損失函數(shù)，最小化陀螺儀損失函數(shù)，對(duì)陀螺儀的三維數(shù)組進(jìn)行校準(zhǔn)，包括：

根據(jù)陀螺儀誤差模型，獲取陀螺儀的代價(jià)函數(shù)；