用于校准物体的陀螺仪的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于校准在环境磁场中运动的物体(1)中固定的陀螺仪(11)的方法，所述方法包括以下步骤：(a)使陀螺仪(11)获取测得角速度，并使固定到所述物体(1)的磁性测量装置(20)获取磁场的至少两个分量；(b)确定陀螺仪(11)的至少一个校准参数的值，所述值使由物体(1)的估计角速度和与磁场分量相关的至少一个第一磁方程所定义的第一表达式最小化，估计角速度是测得角速度以及校准参数的函数，并且至少一个磁方程假设磁场是均匀和稳定的。至少一个磁方程假设磁场是均匀和稳定的。至少一个磁方程假设磁场是均匀和稳定的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于校准物体的陀螺仪的方法


[0001]本专利技术涉及没有GNSS的导航领域。
[0002]更准确地说，它涉及一种用于校准固定在磁力计上的陀螺仪的方法。

技术介绍

[0003]如今，经由GNSS(全球导航卫星系统，例如GPS)或使用无线通信网络(使用发射终端的三角测量、wifi网络或其他网络)来跟踪车辆位置是很常见的。
[0004]这些方法非常有限，因为它们无法确保信息的可用性和准确性，源与接收器中的一个和另一个会受到它们之间的任何屏蔽的影响。它们还依赖于诸如用于GNSS的卫星之类的外部技术，这些技术可能不可用，甚至是主动加扰的。
[0005]可替选地，例如由于惯性或磁惯性单元，“自主”方法也已知可在任何环境中跟踪车辆的相对位移。“相对位移”是指车辆在初始化时相对于点和数据标记在空间中的轨迹。除了轨迹之外，这些方法还使得可以获得车辆相对于相同初始标记的方向。
[0006]导航级惯性单元至少由三个加速度计和三个三轴式布置的陀螺仪组成。通常，陀螺仪“保持”标记，其中加速度计的测量结果的双重时间积分使得可以估计运动。
[0007]特别已知的是，为了能够使用传统的惯性导航方法，诸如在诸如战斗机或商用飞机、潜艇、船只等的导航之类的复杂应用中实现的导航方法，有必要使用非常高精度的传感器。实际上，加速度测量的双重时间积分意味着加速度的恒定误差会造成位置误差，该位置误差与时间的平方成比例增加。
[0008]可替选地，众所周知，如果载体的标记中的速度矢量信息可以通过外部源(汽车上的里程表，船上的日志，飞机上的皮托管)提供，则当可以知道载体的定向，特别是其航向时，可以获得载体的轨迹。
[0009]在某些情况下，初始航向是已知的(惯性设备的初始“对准”)，并且可以通过惯性传感器以外的传感器(例如磁性传感器)获得，或者当惯性传感器可以精确测量地球自转时，可以直接从惯性传感器导出。
[0010]如果希望与低成本传感器一起工作，则困难在于通过持续地校准它们的误差参数来“提高”它们的性能，以尽可能好地保持载体的定向信息，特别是陆地车辆的航向信息。
[0011]因此，在这种情况下，提出了使用磁测量来校准陀螺仪的方法。
[0012]申请US2012/0116716提出检查两个测量点之间的磁场变化是否对应于通过对陀螺仪积分所预测的姿态变化。然而，它假设磁力/加速度测量是可靠的，这是微妙的。事实上，在实践中观察到：
[0013]-环境磁场并不总是均匀且稳定的；
[0014]-附近的金属元素(例如车身)或磁体对磁测量有影响(软铁和硬铁类型的效应)，另外参见申请US2004/0123474。
[0015]-为了正确地校准磁力计，必须将其放置在最大空间定向，以便“激发误差模型”，从而具有可观测性。对于可以用手携带的设备来说，在使用之前，这个问题很容易解决并因
此可以在所有方向上转动，例如参见申请FR1757082。相反地，如果磁力计安装在车辆上，则有一个限制，这是因为：
[0016]○
在车辆的典型行驶过程中，侧倾和俯仰仅略微偏离零。
[0017]○
车身被磁化，或者车辆已装载，这意味着校准可能不再适合；这将需要定期重新校准。
[0018]申请US2011/0178707更确切地涉及包括磁罗盘和陀螺仪的智能手机类型的设备，并且提到了磁干扰的问题。该申请旨在使用陀螺仪数据校准磁罗盘，但也提出了相反的方案(即，使用磁数据校准陀螺仪)，将磁加速度计四元数q作为出发点，并通过从该四元数获得重新校准的角速度然而，仍然假设磁力/加速度测量是可靠的，在相反的情况下，它只是建议只要这种情况持续，就不更新陀螺仪的偏置，或者使用存储在存储器中的默认四元数。
[0019]期望有一种用于校准物体的陀螺仪以估计该物体的运动的新方法，该方法实现了极好的结果质量并且不受限制。

技术实现思路

[0020]因此，根据第一方面，本专利技术涉及一种用于校准在环境磁场中运动的物体的陀螺仪的方法，该方法的特征在于其包括以下步骤：
[0021](a)获取
[0022]-通过陀螺仪获取物体的角速度，以及
[0023]-通过固定在所述物体上的磁性测量装置获取在磁性测量装置周围的磁场的至少两个分量和/或磁场的第i阶导数；
[0024](b)通过数据处理装置确定陀螺仪的至少一个校准参数的值，该值使由物体的估计角速度和关于磁场分量和/或磁场第i阶导数分量的至少一个第一磁方程所定义的第一表达式最小化，
[0025]-物体的估计角速度是测得的角速度和陀螺仪的校准参数的函数，并且
[0026]-该至少一个第一磁方程假设磁场在磁性测量装置周围是均匀和稳定的。
[0027]根据其他有利且非限制性的特征：
[0028]●
物体的估计角速度通过模型与测得的角速度相关联，其中D和b
gyro
是陀螺仪的校准参数；
[0029]●
该方法还包括步骤(c)：估计代表校准参数误差的参数；
[0030]●
该方法还包括，如果代表误差的所述参数大于预定阈值，则执行步骤(d)：通过获取附加装置来获取物体的测得线速度，并通过数据处理装置重新确定陀螺仪的至少一个校准参数的值，该值使由物体的估计角速度以及关于测得的线速度和磁场分量和/或磁场第i阶导数分量的至少一个第二磁方程所定义的第二表达式最小化，该至少一个第二磁方程假设磁场在磁性测量装置周围是稳定的；
[0031]●
该方法包括步骤(e)：对代表校准参数误差的所述参数的新的估计；
[0032]●
代表校准参数误差的所述参数是为校准参数的确定值计算的所述第一表达式
的值的函数，或者在适用的情况下是所述第二表达式的值的函数；
[0033]●
步骤(c)(以及在适用的情况下步骤(e))包括根据代表校准参数误差的所述参数的值以及所述陀螺仪最后一次校准后的持续时间，确定累积误差间隔，所述预定阈值取决于所述累积误差间隔；
[0034]●
步骤(b)(以及在适用的情况下步骤(d))包括实施递归滤波器或优化；
[0035]●
在步骤(a)中获取的磁场分量和/或磁场第i阶导数分量是测得的分量，并且由所述第一磁方程和第二磁方程使用的那些分量是作为测得分量和磁性测量装置的校准参数的函数的估计分量，步骤(b)以及在适用的情况下步骤(d)还包括确定磁性测量装置的至少一个校准参数的值；
[0036]●
磁性测量装置是三轴磁力计，磁场的估计分量M
(estimation)
通过模型M
(mesure)
＝A
·
M
(estimation)
+b
magneto
与测得分量M
(mesure)
关联，其中A和b
magneto
是磁性测量装置的校准参数；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于校准在环境磁场中运动的物体(1)配备的陀螺仪(11)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(a)获取-通过所述陀螺仪(11)获取所述物体(1)的测得角速度，和-通过固定在所述物体(1)上的磁性测量装置(20)获取在所述磁性测量装置(20)处的磁场的至少两个分量和/或磁场的第i阶导数；(b)通过数据处理装置(21)确定所述陀螺仪(11)的至少一个校准参数的值，所述值使由所述物体(1)的估计角速度和关于磁场分量和/或磁场的第i阶导数的至少一个第一磁方程所定义的第一表达式最小化，-所述物体(1)的估计角速度是所述测得角速度和所述陀螺仪(11)的校准参数的函数，并且-所述至少一个第一磁方程假设在所述磁性测量装置(20)处的磁场是均匀和稳定的；(c)估计代表校准参数误差的参数。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述物体(1)的估计角速度通过模型与所述测得角速度相关联，其中D和b
gyro
是所述陀螺仪(11)的校准参数。3.根据权利要求1和2中的一项所述的方法，还包括：如果代表误差的所述参数大于预定阈值，则执行步骤(d)：由所述数据处理装置(21)重新确定所述陀螺仪(11)的至少一个校准参数的值，所述值使由所述物体(1)的估计角速度和关于磁场分量和/或磁场的第i阶导数的至少一个第二磁方程所定义的第二表达式最小化，所述至少一个第二磁方程仅假设在所述磁性测量装置(20)处的磁场是稳定的。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述步骤(d)包括通过附加获取装置(10)获取所述物体(1)的测得线速度，所述至少一个第二磁方程也基于所述测得线速度。5.根据权利要求4所述的方法，包括步骤(e)：重新估计代表校准参数误差的所述参数。6.根据权利要求1至5中的一项所述的方法，其中，代表校准参数误差的所述参数是针对所述校准参数的确定值计算的所述第一表达式的值的函数，或者在适用的情况下，是所述第二表达式的值的函数。7.根据权利要求3至6中的一项所述的方法，其中，所述步骤(c)，以及在适用的情况下的所述步骤(e)，包括：根据代表校准参数误差的所述参数的值，以及自所述陀螺仪(11)上次校准以来的持续时间，来确定累积误差间隔，所述预定阈值取决于所述累积误差间隔。8.根据权利要求1至7中的一项所述的方法，其中，步骤(b)，以及在适用的情况下的步骤(d)，包括递归滤波器或优化的实施。9.根据权利要求1至8中的一项所述的方法，其中，在步骤(a)中获取的磁场分量和/或磁场的第i阶导数是测得分量，并且由一个或多个第一磁方程使用，以及在适用情况下由一个或多个第二磁方程使用的那些分量是作为所述测得分量和所述磁性测量装置(20)的校准参数的函数的估计分量，所述步骤(b)，以及在适用情况下的所述步骤(d)，还包括确定所述磁性测量装置(20)的至少一个校准参数的值。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述磁性测量装置(20)是三轴磁力计，所述磁场的估计分量M
(estimation)
通过模型M
(mesure)
＝A
·
M
(estimation)
+b

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫，
申请(专利权)人：西斯纳维，
类型：发明
国别省市：