再校准惯性传感器的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种优选地通过为车辆中的惯性测量单元（IMU）确定传感器偏差来再校准传感器的方法和系统。所述传感器偏差通过在第一方向从所述IMU取得测量结果并且然后在自所述第一方向旋转了约180°的第二方向从所述IMU取得第二测量结果而被确定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供了一种优选地通过为车辆中的惯性测量单元（IMU）确定传感器偏差来再校准传感器的方法和系统。所述传感器偏差通过在第一方向从所述IMU取得测量结果并且然后在自所述第一方向旋转了约180°的第二方向从所述IMU取得第二测量结果而被确定。【专利说明】再校准惯性传感器的方法和系统
本专利技术涉及传感器的校准。更特别地，本专利技术涉及但不限于惯性传感器的现场再校准。
技术介绍
在本文中对
技术介绍
的参考在澳大利亚或在别处将不被解释为承认这样的技术构成公共一般知识。惯性传感器在许多应用中被用来测量对象的移动。例如，诸如飞机和自动车辆的车辆以及诸如智能电话的许多电子装置具有惯性传感器以确定方向、移动和/或其它相关变量。惯性传感器典型地包括:陀螺仪，其测量角度的随着时间的改变速率；以及加速度计，其测量线性加速度。常常这样的传感器被共同地封装到惯性测量单元(MU)中。典型的MU将至少包含三轴加速度计，并且常常包括一个或多个陀螺仪。MU有时还包含用于感测地球的磁场的2或3轴磁强计(尽管实际上不是惯性传感器)。惯性感测常常被用来确定对象或车辆的“姿态”(即对象或车辆相对于参考系(通常理论上完全水平的地表面)的旋转)。在许多应用中，准确的惯性感测是关键的。例如，在精细农业中，车辆的“姿态”的知识被要求来通过地形水平改变和波动来补偿全球导航卫星系统(GNSS)天线的移动。在诸如自主车辆的机器控制应用中，传感器精度常常足够高以致由安装在车辆上的GNSS天线的倾斜所弓I发的偏移能够产生(例如至少与GNSS系统本身相同的数量级的)可量测的定位误差。结果，倾斜角度有时利用从由安装在车辆中的IMU所产生的传感器测量结果得出的角估计而被补偿。对于许多惯性传感器，值得注意的是，常常用在机器控制应用中的工业级惯性传感器，存在随着温度和老化而改变的误差特性，值得注意的是传感器偏差(bias)。这些误差影响系统准确性并且典型地要求传感器被周期性地(例如每年一次)送回给制造商以用于再校准。这样的再校准是费用大的且费时的，因为它不仅要求装置被拆卸，而且要求装置被返回给制造商持续一定时间段，导致显著的停机时间。此外，随着环境温度在一年期间波动，甚至每年校准在最小化偏差时也可能是不足的，并且因此，当传感器在该传感器被校准所针对的不同的温度范围中使用时，温度误差出现。例如，如果传感器在夏天被校准，则温度误差将可能在当环境温度较低时的冬天变得曰 ο如果用户为了避免费用和停机时间不将装置送回给制造商以得到工厂校准，则除温度误差之外，老化引发的误差还将出现，意味着装置将随着时间的推移而丧失准确性。特别针对温度引发的偏差帮助使传感器保持被校准的一个方法是添加温度感测组件和传感器偏差模型以估计在测量温度下的传感器偏差。然而，这增加使用传感器的装置的成本和复杂性。此外，使用这样的模型的校准常常仅包括惯性传感器在有限温度范围之上的温度变化。模型还必须随着惯性传感器老化而被更新以考虑老化引发的偏差。更新模型通常通过每年工厂校准或者通过使用附加的传感器的校准来完成。这些策略将另外的成本和复杂性添加到再校准传感器。专利技术目的本专利技术的目的是提供一种克服或者改良上面所描述的缺点或问题中的一个或更多个或者至少提供有用的替代方案的校准传感器的方法和系统。本专利技术的其它优选目的从以下描述将变得显而易见。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，提供了一种确定惯性传感器偏差的方法，所述方法包括以下步骤:获得惯性传感器相对于底盘的方向；获得第一惯性传感器测量结果；使底盘与惯性传感器一起旋转约180° ；获得第二惯性传感器测量结果；以及根据第一惯性传感器测量结果、第二惯性传感器测量结果以及所获得的传感器相对于底盘的方向来确定传感器偏差。优选地，确定传感器偏差的步骤包括考虑第一和第二传感器测量结果、确定可能的偏差值、确定约束以及在约束内根据可能的偏差值来确定传感器偏差值。优选地，所确定的传感器偏差值是根据可能的偏差值和约束所确定的唯一物理上可能的偏差值。优选地，确定可能的偏差值的步骤包括确定作为值的圆的可能的偏差值的两个球的交集。优选地，可能的偏差值根据重力约束被确定。优选地，确定可能的偏差值的步骤包括求解线性代数问题。优选地，确定约束包括使用与所获得的传感器相对于底盘的方向相对应的传感器方向旋转。优选地，传感器方向旋转是旋转矩阵。优选地，确定约束的步骤包括产生与可能的偏差值会聚至少一次的线约束。优选地，线约束是参数方程。优选地，参数方程的方向矢量根据零空间解来确定。优选地，线约束上的点也被确定。优选地，线约束上的点使用最小范数解甚至更优选地使用伪逆来确定。优选地，确定传感器偏差的步骤包括确定在可能的偏差值与线约束之间的交集。线约束可能在两个点处与可能的偏差值相交，并且确定传感器偏差的步骤优选地包括选择物理上可能的一个点。优选地，选择物理上可能的一个点的步骤包括确定哪一个点落入预定范围内。优选地，所述预定范围根据由传感器的制造商所提供的一定范围的值而被确定。确定传感器偏差的步骤可以包括为每个惯性传感器测量结果确定两个线约束交集解。如果仅一个线约束交集解落入预定范围内，则优选地，该解被确定为惯性传感器偏差值。如果一个以上的线约束交集解落入预定范围内，则优选地，两个偏差值的较小者被选择。优选地，第一惯性传感器测量结果和第二惯性传感器测量结果通过安装在底盘上的惯性测量单元(MU)来进行。优选地，所述IMU至少包括三轴加速度计。优选地，第一惯性传感器测量结果和第二惯性传感器测量结果仅由重力的测量结果构成。优选地，所述传感器被包含在底盘(优选车辆底盘)中，所述底盘要么在相同的位置中被旋转，要么在使底盘旋转之后被返回到第一惯性传感器测量结果的位置，以得到第二惯性传感器测量结果。所述方法可以包括测量底盘在第一惯性传感器测量结果与第二惯性传感器测量结果之间的旋转。底盘在第一惯性传感器测量结果与第二惯性传感器测量结果之间的旋转的测量结果可以包括使用偏航传感器和/或手动地测量旋转。根据本专利技术的另一方面，提供了一种校准惯性传感器的方法，所述方法包括以下步骤:根据前述方法确定传感器偏差；以及使用所确定的传感器偏差来校准惯性传感器。根据本专利技术的另一方面，提供了一种确定底盘的位置的方法，所述方法包括以下步骤:根据前述方法确定传感器偏差；以及使用全球导航卫星系统(GNSS)组件、惯性传感器以及所确定的传感器偏差来确定底盘的位置。根据本专利技术的另一方面，提供了一种被配置成确定传感器偏差的系统，所述系统包括:具有以相对于底盘的方向安装的一个或更多个传感器的惯性测量单元(IMU);以及与所述IMU通信并且包括处理器和存储器的计算资源；其中，所述计算资源的存储器被编程以指示处理器:获得一个或更多个传感器相对于底盘的方向；从所述IMU获得第一惯性传感器测量结果；在底盘与所述IMU 一起已被旋转了约180 °之后，从所述IMU获得第二惯性传感器测量结果；以及根据第一惯性传感器测量结果、第二惯性传感器测量结果以及所获得的一个或更多个传感器相对于底盘的方向来确定传感器偏差。根据本专利技术的另一方面，提供了一种校准惯性测量单元(IMU)的系统，所述系统包括:具有以相对于底盘的方向安装的一个或更多个传感器的IMU ；与所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定惯性传感器偏差的方法，所述方法包括以下步骤：获得所述惯性传感器相对于底盘的方向；获得第一惯性传感器测量结果；使所述底盘与所述惯性传感器一起旋转约180°；获得第二惯性传感器测量结果；以及根据所述第一惯性传感器测量结果、所述第二惯性传感器测量结果以及所获得的所述传感器相对于所述底盘的方向来确定所述传感器偏差。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·杜沙，P·黛尔，
申请(专利权)人：莱卡地球系统公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH