一种MEMS陀螺组合标定方法技术

本发明专利技术属于陀螺标定补偿技术，具体为一种MEMS陀螺组合标定方法，标定刻度系数误差和非正交误差，采用顺时针和逆时针旋转用来抵消地球自转和陀螺零偏，估计陀螺的零偏，确定不同两个静态位置MEMS陀螺输出，建立模型，采用最小二乘拟合出计算出陀螺常值零位。本方法能够实现对误差参数的标定，只要一个直角垂面，就能完成MEMS陀螺组合主要误差参数，包括陀螺常值零偏、刻度系数误差和非正交误差的标定。

A calibration method of MEMS gyroscope combination

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS陀螺组合标定方法
本专利技术属于陀螺标定补偿技术，具体涉及一种MEMS陀螺组合标定方法。
技术介绍
与传统的中高精度的惯性传感器相比，低精度的MEMS惯性器件有其特殊性，主要表现在MEMS零偏重复性和稳定性较差。其次，由于MEMS惯性器件的系统的造价通常要远低于实验室所采用的高精度标定设备，对工程应用而言，不可能为一个低精度MEMS传感器而专门去准备一系列昂贵的实验标定设备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种MESM陀螺组合标定方法，实现对模型参数的标定。本专利技术的技术方案如下：一种MEMS陀螺组合标定方法，包括如下步骤：1)标定刻度系数误差和非正交误差，采用顺时针和逆时针旋转用来抵消地球自转和陀螺零偏；1.1)标记MEMS三轴陀螺组合六面体初始位置；1.2)绕着垂直水平面的旋转轴先顺时针轻轻的转动六面体360°，然后逆时针转动六面体360°，保证在整个过程中绕着同一个轴转过已知的角度，即Δθ；1.3)确定一个面的误差方程mij是对称矩阵M的元素；其中Km＝diag(Kmx,Kmy,Kmz)刻度系数误差，非正交误差矩阵，ρ、φ、λ为三个方向上的角度误差；1.4)把MEMS陀螺仪组安装在六面壳体内的不同位置，重复第1.2和第1.3步骤，联立解方程组，求出Km＝diag(Kmx,Kmy,Kmz)刻度系数误差，非正交误差矩阵中的六个未知参数；2)估计零偏误差2.1)利用下式估计陀螺的零偏ωie2.2)在不同两个静态位置获得MEMS陀螺的输出是和分别带入2.1)中的式子，两式相减，得到下式2.3)将不同静态位置的数据代入到2.2)式子中，采用最小二乘拟合出计算出陀螺常值零位。2.如权利要求1所述的一种MEMS陀螺组合标定方法，其特征在于，MEMS三轴陀螺组合的测量模型为：上式逆运算得出其中，为MEMS陀螺组合输出测量矢量，外界角速度输入量，vm是测量噪声。所述步骤1)中：给定一个光滑平面和基准，装有MEMS三轴陀螺组合六面体放在水平面上紧靠基准标记其初始位置。选取实验室的光滑水平地板砖平面以及与水平面相垂直的侧放的方凳平面分别作为光滑平面和基准。所述步骤1中：所述步骤2.3)选择10～100组不同静态位置的数据代入到2.2)式子中。所述的步骤1.2)中，旋转后六面体的在方凳面上的位置与初始标记位置重合，即说明绕着垂直水平面的旋转轴转了一周360°。所述的步骤1.4)中重复1.2)、1.3)的旋转过程中旋转操作与上一次的方向顺序相反。本专利技术的显著效果在于：相对于之前需要借助有一定精度的位置转台和速率转台才能完成陀螺组合标定的实验室传统方法，本专利技术提出一种简单、实用易操作外场标定方法，设计合理的实验编排方案步骤和有效的求解算法来实现对误差参数的标定，只要一个直角垂面，就能完成MEMS陀螺组合主要误差参数，包括陀螺常值零偏、刻度系数误差和非正交误差的标定。具体实施方式下面对本专利技术作进一步详细说明。一般MEMS三轴陀螺组合的测量模型可以表述为：对公式(1)进行逆运算求出，则有公式(2)。标定的过程实际就是对这些参数的辨识和计算。其中，为MEMS陀螺组合输出测量矢量，外界角速度输入量，vm是测量噪声，Km＝diag(Kmx,Kmy,Kmz)刻度系数误差，b0常值误差矩阵，是非正交误差矩阵。步骤1、标定刻度系数误差和非正交误差，采用顺时针和逆时针旋转用来抵消地球自转和陀螺零偏1.1)给定一个光滑平面和一条基准直线，比如选取实验室的光滑水平地板砖平面以及与水平面相垂直的侧放的方凳平面，将装有MEMS三轴陀螺组合六面体放在水平面上紧靠方凳面并且在方凳面上并标记其初始位置；1.2)绕着垂直水平面的旋转轴先顺时针轻轻的转动六面体360°，即旋转后六面体的在方凳面上的位置与初始标记位置重合，即说明绕着垂直水平面的旋转轴转了一周，则顺时针转动六面体360°，沿着同一个轴顺时针旋转时角速度为：其中，为陀螺仪输出数据，上标‘+’表示顺时针旋转；表示手动旋转壳体的角速度；表示地球自转角速度；为导航系至平台系的方向余弦矩阵。对式(3)两端进行积分，可以得到顺时针转动六面体360°，沿着同一个轴顺时针旋转时的积分时：1.3)逆时针转动六面体360°，确定当沿着同一个轴逆时针旋转时得到的积分时是：1.4)由式子(4)和(5)相减得到公示式(3)和(4)表明，旋转壳体的角速度不需要是匀速，但是需要保证在整个过程中绕着同一个轴转过已知的角度，即Δθ。转动后顺时针转过的角度减去逆时针角度之差应该是360°-(-360°)＝720°1.5)对式(6)两端取模值，得到：两端同时平方然后整理得：把(8)式的矩阵形式展开后可以写成：其中mij是对称矩阵M的元素：如果把式(9)写成一般等式的形式有：1.6)以此类推，选择六面体的其他五个面，重复第1.2和第1.3步骤，可以联立解方程组，求出Km＝diag(Kmx,Kmy,Kmz)刻度系数误差，非正交误差矩阵中的六个未知参数；上面第2)步旋转操作首先进行的是顺时针旋转，而后第3)在逆时针旋转，下面旋转操作则是与上面的操作正好相反，首先进行的是逆时针旋转；步骤2、估计零偏误差2.1)估计陀螺的零偏ωie，对于静态的MEMS陀螺仪，根据公式(2)有：，两边同时平方，得2.2)在不同两个静态位置我们获得MEMS陀螺的输出是和分别代入公式(12)式后两式相减，得到下式2.3)在前面所求的刻度系数误差和非正交误差的基础上，对采集到足够多的静态位置数据时，可以采用总体最小二乘或者一般最小二乘来计算获得零偏误差。将不同静态位置的数据(至少十组数据)代入到公式(13)，最小二乘拟合出计算出陀螺常值零位。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS陀螺组合标定方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)标定刻度系数误差和非正交误差，采用顺时针和逆时针旋转用来抵消地球自转和陀螺零偏/n1.1)标记MEMS三轴陀螺组合六面体初始位置；/n1.2)绕着垂直水平面的旋转轴先顺时针轻轻的转动六面体360°，然后逆时针转动六面体360°，保证在整个过程中绕着同一个轴转过已知的角度，即Δθ；/n1.3)确定一个面的误差方程/n

【技术特征摘要】
1.一种MEMS陀螺组合标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)标定刻度系数误差和非正交误差，采用顺时针和逆时针旋转用来抵消地球自转和陀螺零偏
1.1)标记MEMS三轴陀螺组合六面体初始位置；
1.2)绕着垂直水平面的旋转轴先顺时针轻轻的转动六面体360°，然后逆时针转动六面体360°，保证在整个过程中绕着同一个轴转过已知的角度，即Δθ；
1.3)确定一个面的误差方程







mij是对称矩阵M的元素；
其中Km＝diag(Kmx,Kmy,Kmz)刻度系数误差，非正交误差矩阵，ρ、φ、λ为三个方向上的角度误差；
1.4)把MEMS陀螺仪组安装在六面壳体内的不同位置，重复第1.2和第1.3步骤，联立解方程组，求出Km＝diag(Kmx,Kmy,Kmz)刻度系数误差，非正交误差矩阵中的六个未知参数；
2)估计零偏误差
2.1)利用下式估计陀螺的零偏ωie



2.2)在不同两个静态位置获得MEMS陀螺的输出是和分别带入2.1)中的式子，两式相减，得到下式



2.3)将不同静态位置的数据代入到2.2)式子中，采用最小二乘拟合出计算出陀螺常值零位。


2.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨星辉，申燕超，梁文华，王汝弢，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11