三轴陀螺仪的零点校准方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及运动导航技术领域。本发明专利技术一实施例提一种三轴陀螺仪的零点校准方法及系统，其中所述三轴陀螺仪的零点校准方法包括：获取预定时间段内关于三轴陀螺仪的旋转控制量；确定所述预定时间段内关于所述三轴陀螺仪在平行重力方向的Z轴角速度变化率；基于所述Z轴角速度变化率和所述旋转控制量，补偿在平行重力方向的零点偏置。由此，应用旋转控制量和Z轴角速度变化率来补偿平行重力方向的零点偏置，能够实现替代传统技术中的地磁传感器，实现了平行重力方向的零点偏差的精确补偿，并还降低了惯导设备的制作成本。

Zero Point Calibration Method and System of Tri-Axis Gyroscope

The invention relates to the technical field of motion navigation. An embodiment of the present invention proposes a zero-point calibration method and system for a three-axis gyroscope, wherein the zero-point calibration method of the three-axis gyroscope includes: acquiring the rotation control quantity of the three-axis gyroscope in a predetermined period of time; determining the Z-axis angular velocity variation rate of the three-axis gyroscope in a parallel gravity direction in the predetermined period of time; and based on the Z-axis angular velocity variation rate and the Z-axis angular velocity variation rate. The rotation control quantity is described to compensate the zero offset in parallel gravity direction. Therefore, the application of rotation control and Z-axis angular velocity variation rate to compensate the zero offset in parallel gravity direction can replace the traditional geomagnetic sensors, realize the accurate compensation of zero offset in parallel gravity direction, and reduce the cost of inertial navigation equipment.

【技术实现步骤摘要】
三轴陀螺仪的零点校准方法及系统
本专利技术涉及运动导航
，具体地涉及一种三轴陀螺仪的零点校准方法及系统。
技术介绍
三轴陀螺仪作为惯性传感器的重要部件，用于测量系统的三轴的角速度，从而获得系统的姿态。由于三轴陀螺仪的零点偏差会影响三轴陀螺仪的角速度测量值。与此同时，随着时间的积累，角速度的测量微小偏差将会使积分得到的系统姿态具有很大的误差。因此，三轴陀螺仪需要时时地进行零点补差。目前，三轴陀螺仪的零点通常是采用三轴地磁传感器、三轴加速度计的数据来进行补差和校正的。具体而言，地磁传感器用于弥补旋转轴平行重力方向的零点偏差，加速计用来弥补旋转轴垂直重力方向的零点误差。但是，在传统的方法中，地磁传感器容易受到外界磁场的干扰，而无法正确补偿平行重力方向的零点偏差；并且，加速度计也无法弥补旋转轴平行重力方向的零点偏差。这样，就导致了传统方法无法在存在外界磁场干扰的情况下正常工作。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供一种三轴陀螺仪的零点校准方法及系统，用于至少解决现有技术中因惯导设备中的地磁传感器容易受到外界磁场的干扰而导致平行重力方向的零点偏差无法得到补偿的技术问题。为了实现上述目的，本专利技术实施例一方面提供了一种三轴陀螺仪的零点校准方法，包括：获取预定时间段内关于三轴陀螺仪的旋转控制量；确定所述预定时间段内关于所述三轴陀螺仪在平行重力方向的Z轴角速度变化率；基于所述Z轴角速度变化率和所述旋转控制量，补偿在平行重力方向的零点偏置。本专利技术实施例另一方面提供一种三轴陀螺仪的零点校准系统，包括：旋转控制量获取单元，用于获取预定时间段内关于三轴陀螺仪的旋转控制量；Z轴角速度变化率确定单元，用于确定所述预定时间段内关于所述三轴陀螺仪在平行重力方向的Z轴角速度变化率；零点偏置补偿单元，用于基于所述Z轴角速度变化率和所述旋转控制量，补偿在平行重力方向的零点偏置。通过上述技术方案，提出了应用旋转控制量和Z轴角速度变化率来补偿平行重力方向的零点偏置，能够实现替代传统技术中的地磁传感器，实现了平行重力方向的零点偏差的精确补偿，并还降低了惯导设备的制作成本。本专利技术实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术实施例，但并不构成对本专利技术实施例的限制。在附图中：图1是本专利技术一实施例的三轴陀螺仪的零点校准方法的流程图；图2是本专利技术实施例所应用的包括陀螺仪和加速度计的系统的架构示意图；图3是本专利技术实施例的三轴陀螺仪的零点校准方法中的触发判断步骤的流程图；图4是本专利技术实施例中结合旋转控制量补偿三轴陀螺仪零点偏差的原理流程图；图5是本专利技术一实施例的三轴陀螺仪的零点校准系统的结构框图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术实施例，并不用于限制本专利技术实施例。如图1所示，本专利技术一实施例的三轴陀螺仪的零点校准方法，包括：S11、获取预定时间段内关于三轴陀螺仪的旋转控制量。可以理解的是，该旋转控制量可以是三轴陀螺仪所处平台的旋转控制量；作为示例，当三轴陀螺仪设置于惯导设备中时，旋转控制量可以是惯导设备对系统(例如惯导系统)所施加的旋转控制量，例如用于姿态感应。如图2，其示出的是本专利技术实施例中设置在系统中的陀螺仪和加速度计，以及相应的旋转控制量和重力相对方向等。S12、确定预定时间段内关于三轴陀螺仪在平行重力方向的Z轴角速度变化率。具体的，可以是通过采集三轴陀螺仪在预定时间段中的不同周期的在Z轴上的角速度，并比较在该不同周期中Z轴角速度的变化量，并以此确定出相应的Z轴角速度变化率。S13、基于Z轴角速度变化率和旋转控制量，补偿在平行重力方向的零点偏置。具体的，可以是在平行重力方向的零点偏置通过以下方式补偿：Gz0’＝Gz0+(∑Gz/N-∑Uz/N)其中，Gz0’表示经补偿的平行重力方向Z轴的零点偏置，Gz0表示初始状态下的Z轴的零点偏置，∑Gz/N表示关于N个时间周期的Z轴周期平均角速度变化率，以及∑Uz/N表示关于N个时间周期的周期平均旋转控制量；由此，通过在N个时间周期的在Z轴上的角速度变化率和旋转控制量的平均值，来确定相对于对平行重力方向的零点偏置的补偿值，从而完成对Z轴的零点偏置的补偿和校准。在本专利技术实施例中，利用Z轴角速度变化率和旋转控制量取代三轴地磁传感器的检测，完成对平行重力方向的零点偏置的补偿。在一些实施方式中，在S12和S13之间可以设置针对S13的触发判断步骤，具体的，可以是判断三轴陀螺仪的当前状态是否满足用于触发针对零点偏置的补偿校准条件，其中该补偿校准条件指示三轴陀螺仪处于静止或匀速运动的状态。由此，确保在三轴陀螺仪是在静止或匀速运动的情况下实施零点校准操作。作为示例，如图3所示，触发判断步骤可以是包括以下步骤：S31、分别确定预定时间段内关于三轴陀螺仪在三轴方向上的角速度变化率和加速度变化率。关于加速度变化率的确定步骤，可以是获取与三轴陀螺仪相关联的加速度计所测量的在三轴方向上的加速度，并根据所获取的在三轴方向上的加速度确定加速度变化率。S32、检测角速度变化率和加速度变化率在三轴方向中的任意一者所对应的值是否是否超过了预设置的噪声阈值。S33、若未超过该噪声阈值，则确定当前满足补偿校准条件。其中，若超过该噪声阈值，则可以说明该三轴陀螺仪处于非静止或非匀速运动状态，此时则可以不建议实施补偿校准操作。在一些实施方式中，还可以是针对X横轴和Y竖轴方向的零点偏置进行，例如可以是根据预定时间段内关于三轴陀螺仪在垂直重力方向的X横轴和Y竖轴方向上的角速度变化率，补偿在X横轴和Y竖轴方向上的零点偏置。本专利技术提出的零点偏差补偿方法，可以不受外界磁场的干扰，采用系统中的旋转控制量和加速度计来弥补三轴陀螺仪的零点偏差。如图4所示，本专利技术实施例中结合旋转控制量补偿三轴陀螺仪零点偏差的原理流程，包括：第一步，采集三轴陀螺仪的原始数据(gxi_org，gyi_org，gzi_org)，获取当前时刻的角速度。算法在第i周期的进行如下运算(假设重力在z轴上)。Gxi＝gxi_org-Gx0Gyi＝gyi_org-Gy0Gzi＝gzi_org-Gz0其中，Gx0，Gy0，Gz0为三轴陀螺仪的零点偏置。三轴加速度计的原始数据为(Axi，AX，Azi)第二步，累加陀螺仪三个轴的角速度值(∑Gx，∑Gy，∑Gz)，加速度计三个轴的加速度值(∑Ax，∑Ay，∑Az)，系统的旋转控制量∑Uz和计数器C。于此同时，对陀螺仪值的变化率(∑ΔGx，∑ΔGy，∑ΔGz)，加速度计的变化率(∑ΔAx，∑ΔAy，∑ΔAz)进行累加。∑Gx＝∑Gx+Gxi∑Gy＝∑Gy+Gyi∑Gz＝∑Gz+Gzi∑Ax＝∑Ax+Axi∑Ay＝∑Ay+Ayi∑Az＝∑Az+Ayi∑Uz＝∑Uz+Uzi∑ΔGx’＝∑ΔGx+Gxi-Gxi-1∑ΔGy’＝∑ΔGy+Gyi-Gyi-1∑ΔGz’＝∑ΔGz+Gzi-Gzi-1∑ΔAx’＝∑ΔAx+Axi-Axi-1∑ΔAy’＝∑ΔAy+Ayi-Ayi-1∑ΔAz’＝∑ΔAz+Azi-Azi-1C’＝C+1第三步，判断计数器C是否本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三轴陀螺仪的零点校准方法，包括：获取预定时间段内关于三轴陀螺仪的旋转控制量；确定所述预定时间段内关于所述三轴陀螺仪在平行重力方向的Z轴角速度变化率；基于所述Z轴角速度变化率和所述旋转控制量，补偿在平行重力方向的零点偏置。

【技术特征摘要】
1.一种三轴陀螺仪的零点校准方法，包括：获取预定时间段内关于三轴陀螺仪的旋转控制量；确定所述预定时间段内关于所述三轴陀螺仪在平行重力方向的Z轴角速度变化率；基于所述Z轴角速度变化率和所述旋转控制量，补偿在平行重力方向的零点偏置。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在基于所述Z轴角速度变化率和所述旋转控制量补偿在平行重力方向的零点偏置之前，该方法还包括：判断三轴陀螺仪的当前状态是否满足用于触发针对零点偏置的补偿校准条件，其中所述补偿校准条件指示所述三轴陀螺仪处于静止或匀速运动的状态。3.根据权利要求2所述的方法，其中，判断三轴陀螺仪的当前状态是否满足用于触发针对零点偏置的补偿校准条件包括：分别确定所述预定时间段内关于所述三轴陀螺仪在三轴方向上的角速度变化率和加速度变化率；判断所述角速度变化率和加速度变化率在三轴方向中的任意一者所对应的值是否是否超过了预设置的噪声阈值，以及若未超过所述噪声阈值，则确定当前满足所述补偿校准条件。4.根据权利要求3所述的方法，其中，该方法还包括：根据所述预定时间段内关于所述三轴陀螺仪在垂直重力方向的X横轴和Y竖轴方向上的角速度变化率，补偿在所述X横轴和Y竖轴方向上的零点偏置。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述预定时间段与预设置的数量阈值的时间周期相对应，以及该方法还包括：基于计数器，统计所经历的时间周期的数量；以及当所述所经历的时间周期的数量达到所述数量阈值时，触发针对所述三轴陀螺仪的零点校准操作。6.根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄强盛，陈笑行，王群，戴萧何，赵越，
申请(专利权)人：上海仙知机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31