陀螺仪不正交误差的校准方法及校准系统技术方案

本发明专利技术公开一种陀螺仪不正交误差的校准方法及校准系统。该方法包括：步骤S110、初始化云台上陀螺仪各轴向不正交误差为零，控制云台各轴关节角处于初始零位；步骤S120、控制云台的一轴绕对应轴向转预设角度，更新转动次数；步骤S130、获取云台各轴关节角变化值及陀螺仪测得的各轴向角速度，计算转动轴轴向的不正交误差，并对各轴向的角速度进行校准；步骤S140、判断是否满足预设条件，若否，返回执行步骤S120；若是，控制该轴回到初始零位；步骤S150、判断各轴是否校准完毕，若否，控制其他轴执行步骤S120‑S140，若是，结束。本发明专利技术通过将陀螺仪安装于云台上直接校准不正交误差，避免安装误差的影响。

The calibration method and system of non orthogonal error of gyroscope

【技术实现步骤摘要】
陀螺仪不正交误差的校准方法及校准系统
本专利技术涉及机器/仪器校准
，尤其涉及一种陀螺仪不正交误差的校准方法及校准系统。
技术介绍
MEMS(微电机系统，Micro-Electro-Mechanical-System)陀螺仪用于测量角速度，被广泛应用于可穿戴设备、无人机、云台等电子类产品上，以实现基于所测量的角速度解算物体的姿态信息。由于受陀螺仪自身工作原理、结构以及集成制造、安装等因素的影响，陀螺仪的轴向之间不能正交，从而导致存在一定的测量误差，而且陀螺仪还存在零位误差、比例因素误差及温度漂移的现象。陀螺仪的零位误差会使陀螺仪静止时仍测出角速度，即使陀螺仪静止，但零位误差引起角速度积分得到的角度仍会不断增大，角度误差不断积累，陀螺仪的比例因素误差会使测出的角速度和实际角速度存在一定比例关系。陀螺仪的不正交误差会使绕某一轴转动时在其他轴仍能测出角速度。陀螺仪的零位误差、比例因素误差及不正交误差之间的数学模型可由以下公式表示：其中，x0、y0、z0为零位误差，x、y、z为真实的三轴轴向的角速度，xm、ym、zm为陀螺仪测量的三轴轴向的角速度，Kxx、Kyy、Kzz为比例因素误差、Kxy、Kxz、Kyx、Kyz、Kzx、Kzy为不正交误差。这些误差严重影响陀螺仪的精度，因此，在使用前需对陀螺仪的误差进行校准，传统的不正交误差的校准一般采用将陀螺仪在高精度转台上转动得到多组实际角速度和测量角速度，采用数据拟合的方法计算得到不正交误差的误差值，需要外部辅助设备进行校准，且校准后的陀螺仪安装到设备端时容易引入安装误差，该安装误差无法消除，仍影响安装后的陀螺仪的精度，从而导致设备仍存在一定的测量误差。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种陀螺仪不正交误差的校准方法及校准系统，旨在无需外部辅助设备直接进行陀螺仪不正交误差的校准，避免安装误差对陀螺仪测量精度的影响，提升陀螺仪测量结果的准确性。第一方面，本专利技术实施例提供了一种陀螺仪不正交误差的校准方法，其包括：步骤S110、初始化云台上陀螺仪各轴轴向的不正交误差为零，控制云台各轴的关节角处于初始零位；步骤S120、控制云台的一轴绕对应的轴向转动预设角度，更新转动次数；步骤S130、获取云台各轴的关节角变化值及陀螺仪检测获得的各轴轴向的角速度，计算转动轴轴向的不正交误差，并对各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果；步骤S140、判断是否满足预设条件，若否，返回执行步骤S120；若是，控制云台的转动轴回到初始零位；步骤S150、判断陀螺仪各轴是否校准完毕，若是，结束校准，若否，控制云台的其他轴执行步骤S120-S140。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种陀螺仪不正交误差的校准系统，用于校准云台的陀螺仪，所述陀螺仪安装于云台上，以根据云台的转动而测量各轴轴向的角速度，所述校准系统包括有初始化模块、转动控制模块、转动计数器、采集处理模块、存储模块、记录模块以及调控模块，所述初始化模块包括陀螺仪初始化单元及云台初始化单元，所述陀螺仪初始化单元与陀螺仪连接，用于初始化云台上陀螺仪各轴轴向的不正交误差为零；所述云台初始化单元与云台连接，用于控制云台各轴的关节角处于初始零位；所述转动控制模块与云台连接，用于控制云台的一轴绕对应的轴向转动预设角度；所述转动计数器用于统计转动轴的转动次数；所述采集处理模块分别与所述云台及陀螺仪连接，用于获取云台各轴的关节角变化值及陀螺仪检测获得的各轴轴向的角速度，计算转动轴轴向的不正交误差，并对各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果；所述存储模块用于存储控制云台的转动轴回到初始零位的预设条件；所述记录模块用于对回到初始零位的转动轴进行记录；所述调控模块分别与所述初始化模块、转动控制模块、转动计数器、采集处理模块、存储模块及记录模块通信连接，以控制其工作。本专利技术实施例提供了一种陀螺仪不正交误差的校准方法及校准系统。本专利技术实施例由于陀螺仪直接安装于云台上，初始化云台各轴的关节角处于初始零位，并控制云台的一轴绕对应的轴向转动，根据云台各非转动轴的关节角变化值计算转动轴轴向的不正交误差并根据计算获得的不正交误差直接对陀螺仪检测获得的各轴向的角速度进行校准，可实现无需外部辅助设备直接进行陀螺仪不正交误差的校准，并通过多次转动实现渐进迭代计算，从而获得准确的不正交误差，以提高校准的准确率，而且，校准后的陀螺仪无需重新安装于设备端，避免安装误差对陀螺仪测量精度的影响，提升陀螺仪测量结果的准确性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以提供这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的陀螺仪不正交误差的校准系统的示意性框图；图2为本专利技术实施例提供的陀螺仪不正交误差的校准系统的采集处理模块的示意性框图；图3为本专利技术实施例提供的陀螺仪不正交误差的校准系统的采集单元的示意性框图；图4为本专利技术实施例提供的陀螺仪不正交误差的校准方法的流程示意图；图5为本专利技术实施例提供的陀螺仪不正交误差的校准方法的子流程示意图；以及图6为本专利技术另一实施例提供的陀螺仪不正交误差的校准方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。还应当理解，在此本专利技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本专利技术。如在本专利技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其他情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本专利技术说明书和所附权利要求书中使用的属于“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。请参阅图1，图1为本专利技术实施例提供的陀螺仪不正交误差的校准系统的示意性框图。如图1所示，本专利技术提供一种陀螺仪不正交误差的校准系统10，该陀螺仪不正交误差的校准系统10用于校准云台20的陀螺仪30，所述陀螺仪30安装于云台20上，以根据云台20的转动而测量各轴轴向的角速度。所述陀螺仪不正交误差的校准系统10包括有初始化模块110、转动控制模块120、转动计数器130、采集处理模块140、存储模块150、记录模块160及调控模块170。所述调控模块170分别与所述初始化模块110、转动控制模块120、转动计数器130、采集处理模块140、存储模块150及记录模块160通信连接，以控制其工作。所述初始化模块110包括陀螺仪初始化单元111及云台初始化单元112，所述陀螺仪初始化单元111与所述陀螺仪30连接，用于初始化云台20上的陀螺仪30各轴轴向的不正交误差为零。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陀螺仪不正交误差的校准方法，其特征在于，包括：步骤S110、初始化云台上陀螺仪各轴轴向的不正交误差为零，控制云台各轴的关节角处于初始零位；步骤S120、控制云台的一轴绕对应的轴向转动预设角度，更新转动次数；步骤S130、获取云台各轴的关节角变化值及陀螺仪检测获得的各轴轴向的角速度，计算转动轴轴向的不正交误差，并对各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果；步骤S140、判断是否满足预设条件，若否，返回执行步骤S120；若是，控制云台的转动轴回到初始零位；步骤S150、判断陀螺仪各轴是否校准完毕，若是，结束校准，若否，控制云台的其他轴执行步骤S120‑S140。

【技术特征摘要】
1.一种陀螺仪不正交误差的校准方法，其特征在于，包括：步骤S110、初始化云台上陀螺仪各轴轴向的不正交误差为零，控制云台各轴的关节角处于初始零位；步骤S120、控制云台的一轴绕对应的轴向转动预设角度，更新转动次数；步骤S130、获取云台各轴的关节角变化值及陀螺仪检测获得的各轴轴向的角速度，计算转动轴轴向的不正交误差，并对各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果；步骤S140、判断是否满足预设条件，若否，返回执行步骤S120；若是，控制云台的转动轴回到初始零位；步骤S150、判断陀螺仪各轴是否校准完毕，若是，结束校准，若否，控制云台的其他轴执行步骤S120-S140。2.如权利要求1所述的陀螺仪不正交误差的校准方法，其特征在于，所述步骤S130包括：步骤S131、获取云台各轴的关节角变化值及陀螺仪检测获得的各轴轴向的角速度；步骤S132、根据云台各非转动轴的关节角变化值计算转动轴轴向的不正交误差；步骤S133、根据转动轴轴向的不正交误差，对各轴轴向的角速度进行校准，得到校准后的各轴测量结果。3.如权利要求2所述的陀螺仪不正交误差的校准方法，其特征在于，所述步骤S132具体为：利用以下计算式根据云台各非转动轴的关节角变化值计算转动轴轴向的不正交误差：Ki＝Ki-1+sdαDii≥1式中，i表示转动次数，Ki、Ki-1分别表示第i次和第i-1次的不正交误差值，K0初始化为0，Di表示第i次的云台各非转动轴的关节角变化值，α表示固定系数，sd表示转动轴转动方向相关系数，其中，当转动轴绕对应的轴向正向转动时，sd为-1，当转动轴绕对应的轴向反向转动时，sd为1。4.如权利要求1所述的陀螺仪不正交误差的校准方法，其特征在于，所述步骤S140中的判断是否满足预设条件具体为：判断云台的转动轴的转动次数是否达到预设的转动次数阈值。5.如权利要求1所述的陀螺仪不正交误差的校准方法，其特征在于，所述步骤S140中的判断是否满足预设条件具体为：根据获得的云台各非转动轴的关节角变化值，判断所述云台各非转动轴的关节角变化值的绝对值是否小于预设的关节角变化值阈值。6.一种陀螺仪不正交误差的校准系统，用于校准云台的陀螺仪，所述陀螺仪安装于云台...

【专利技术属性】
技术研发人员：杭丽君，王冲，何远彬，沈磊，闫东，韩晓明，虞航斌，黄龙，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，睿魔智能科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33