[發(fā)明專利]一種九軸傳感器的誤差參數(shù)標(biāo)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011385008.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112539777B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曠儉;牛小驥;李泰宇;劉韜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D18/00
• 分類號(hào): G01D18/00
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 王琪

本發(fā)明提供一種九軸傳感器的誤差參數(shù)標(biāo)定方法?；跇?biāo)定過(guò)程中位置不變及單一位置下環(huán)境磁場(chǎng)不變的假設(shè)，以慣導(dǎo)機(jī)械編排方程和磁力計(jì)觀測(cè)模型為系統(tǒng)狀態(tài)方程，使用偽位置觀測(cè)和單一位置下磁場(chǎng)投影分量不變約束構(gòu)建量測(cè)方程，通過(guò)卡爾曼濾波得到傳感器標(biāo)定參數(shù)。本發(fā)明與現(xiàn)有標(biāo)定技術(shù)相比，算法簡(jiǎn)單，效率較高。不僅可以得到陀螺儀、加速度計(jì)的零偏和比例因子誤差，而且實(shí)現(xiàn)了磁力計(jì)的軟、硬磁效應(yīng)標(biāo)定，并將磁力計(jì)坐標(biāo)系與慣性傳感器坐標(biāo)系對(duì)齊。本發(fā)明可以在無(wú)專業(yè)設(shè)備工具、不依賴外部信息的情況下，通過(guò)簡(jiǎn)單的標(biāo)定動(dòng)作可以獲取較為準(zhǔn)確的傳感器標(biāo)定結(jié)果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種九軸傳感器的誤差標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

微機(jī)電系統(tǒng)MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems)具有尺寸小、重量輕、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)，隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，MEMS傳感器被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、游戲設(shè)備等。由于制造工藝、加工精度等的影響，MEMS傳感器會(huì)存在零偏、比例因子等誤差，并且這些誤差會(huì)隨著溫度、時(shí)間發(fā)生變化。雖然在出廠時(shí)廠家給了傳感器誤差標(biāo)定結(jié)果，但還會(huì)存在傳感器誤差，這些誤差將會(huì)對(duì)設(shè)備的定位、定姿性能等產(chǎn)生較大影響。此外，磁力計(jì)由于軟鐵材料的影響使得磁力計(jì)坐標(biāo)系發(fā)生畸變，導(dǎo)致磁強(qiáng)計(jì)和陀螺儀/加速度計(jì)之間的交叉畸變。

傳統(tǒng)的九軸傳感器標(biāo)定算法將陀螺儀/加速度計(jì)和磁力計(jì)進(jìn)行分開(kāi)標(biāo)定，效率低且操作復(fù)雜。因此，為提高其定姿、定位性能，簡(jiǎn)化標(biāo)定過(guò)程，九軸傳感器同時(shí)完成陀螺儀/加速度和磁力計(jì)的內(nèi)在標(biāo)定和交叉標(biāo)定是一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。

綜上，本發(fā)明基于卡爾曼濾波器，包括但不限于此應(yīng)用場(chǎng)景，無(wú)需依賴姿態(tài)、重力信息，無(wú)需專業(yè)設(shè)備工具，提出一種簡(jiǎn)單有效的九軸傳感器同時(shí)標(biāo)定方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)九軸傳感器的內(nèi)在標(biāo)定以及由于軟磁效應(yīng)造成磁力計(jì)軸系與陀螺儀/加速度計(jì)的交叉畸變，本發(fā)明提出了一種使用卡爾曼濾波器同時(shí)完成九軸傳感器的標(biāo)定方法，既可以快速實(shí)現(xiàn)標(biāo)定陀螺儀/加速度計(jì)的零位偏置誤差、比例因子誤差，磁力計(jì)的零位偏置誤差、交軸耦合誤差、比例因子誤差、軟磁誤差、硬磁誤差，并可以實(shí)現(xiàn)磁力計(jì)與陀螺儀/加速度計(jì)軸系對(duì)齊。本發(fā)明無(wú)需借助任何外界設(shè)備，無(wú)需參數(shù)設(shè)置，簡(jiǎn)單可行，具有很好的普適性，同時(shí)能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)快速(20s左右)標(biāo)定的要求，具有良好的標(biāo)定精度。

本發(fā)明的技術(shù)方案為一種九軸傳感器的誤差參數(shù)標(biāo)定方法，具體包括如下步驟：

步驟1，以九軸傳感器的測(cè)量中心為旋轉(zhuǎn)中心，使其繞著傳感器坐標(biāo)系的X、Y、Z三軸分別旋轉(zhuǎn)多圈；

步驟2，建立九軸傳感器中陀螺儀、加速度計(jì)、磁力計(jì)的測(cè)量模型，確定標(biāo)定參數(shù)，以方便構(gòu)建誤差狀態(tài)卡爾曼濾波進(jìn)行傳感器標(biāo)定；

步驟3，使用捷聯(lián)慣導(dǎo)算法解算九軸傳感器在標(biāo)定過(guò)程中各個(gè)時(shí)刻的位置、速度及姿態(tài)，結(jié)合當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系下磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁力計(jì)原始觀測(cè)值磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系，構(gòu)建卡爾曼濾波器中的系統(tǒng)誤差狀態(tài)方程；

步驟4，標(biāo)定過(guò)程中，基于位置不變和單一位置下環(huán)境磁場(chǎng)不變的假設(shè)，構(gòu)建卡爾曼濾波器的量測(cè)方程，完成傳感器誤差參數(shù)標(biāo)定。

進(jìn)一步的，步驟2中陀螺儀的測(cè)量模型構(gòu)建如下，

對(duì)陀螺儀的測(cè)量模型進(jìn)行建模時(shí)，考慮比例因子誤差、零位偏置誤差及傳感器噪聲，陀螺儀測(cè)量模型如下：