惯性传感器的校准方法技术

一种校准诸如交通工具或测量设备的工作设备的惯性传感器的方法，该方法包括确定该工作设备是否处于工作状态。当该工作设备不处于工作状态时，从惯性传感器以及与之相关联的温度传感器采集数据。采集的数据用于更新惯性传感器的热偏离误差模型。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及及惯性测量单元。特别是，尽管并非专有地，但是本专利技术涉及惯性传感器的现场(in-field)自动校准。
技术介绍
精确的惯性检测对于检测工作设备的“姿态”(例如，工作设备相对基准框架(通常是理论上的水平地面)的转动)是关键的。在精准农业(precision agriculture)中， 需要了解交通工具的姿态以补偿由地形起伏导致的GNSS天线的运动。在测量过程中，GNSS 天线经常被安装在杆上，并且为了准确确定该杆的基部的位置，必须确定该杆的姿态。惯性传感器包括对角度的变化速率进行测量的陀螺仪和对线性加速度进行测量的加速计。来自惯性传感器的测量结果包含必须进行补偿的偏离和其他误差。可以使用以下公式来对惯性传感器的测量结果进行建模a = Ka +bt + B(T) + ωη其中3是测得的惯性量K是该设备的比例因子(灵敏度)a是实际惯性量bt是随机偏离，其随时间的推移而随机变化B⑴是温度相关偏离ω n是传感器噪声，假定其是高斯白噪声每次分别对加速度和转速进行测量时，以上公式等同地适用于加速计和陀螺仪。 当工作设备静止时，加速计会读出取决于该设备姿态的重力部分，并且陀螺仪会读出同样取决于该设备姿态的地球自转速率部分。当使用工业级陀螺仪时，地球自转速率与其他误差源相比贡献很小，因此可以将其假定为零以简化分析而不会引入重大误差。根据相同温度下的充分测量值，来自传感器噪声项的贡献很小并且可以归入到随机偏离中。这样该模型可以简化为a = a+B(T)+ ε3是测得的惯性量a = IG是实际惯性量，其通过比例因数加以修正ε是剩余误差，合并成单独项温度相关偏离通常是主要误差。对于惯性传感器而言，温度相关偏离在温度范围内并不恒定，而是在惯性传感器的工作温度范围内变化。给定温度的温度相关偏离自身并不恒定，其将在惯性传感器老化过程中随时间的推移慢慢改变。为了补偿温度相关偏离，一些工业级惯性传感器最初被校准为包括热偏离误差模型。由于时间和费用限制，校准可能仅仅包括惯性传感器在有限温度范围中的实际温度变化，而不是在惯性传感器可能最终工作的全部温度范围中的温度变化。随着惯性传感器的老化，必须对热偏离误差模型进行更新。通常通过每年的工厂校准或采用其他传感器的 (例如，多GPS天线方案)校准来更新热偏离误差模型。所有这些策略都增加了从惯性传感器获取适当精确的姿态方案的费用和复杂度。当诸如交通工具的工作设备正在工作时，很难将由于交通工具的移动和交通工具的振动所引起的惯性传感器信号变化同由于温度变化所引起的信号变化分离开来。因此， 在交通工具静止期间尝试观察惯性传感器的输出信号是有用的。美国专利US6374190、US6577952和都描述了当与惯性传感器和温度传感器相关联的交通工具处于静止但工作的状态时通过针对各个惯性传感器对单个惯性传感器和温度传感器信号抽样来对惯性传感器进行现场自动校准。美国专利号US5527003描述了在“在飞机滑行之前的延长的对准时间”期间的现场自动校准以及在此期间对在温度范围中的陀螺仪漂移进行抽样。由于抽样的惯性传感器信号包括由交通工具发动机引起的振动而导致的振动误差，因此现有技术专利中所揭示的现场自动校准固有地具有精度方面的问题。抽样也在有限的温度范围中进行。专利技术目的本专利技术的目的在于克服或至少减轻上述问题中的一个或多个和/或向消费者提供有用的或商业上的选择。
技术实现思路
在一种形式中，本专利技术公开了一种校准工作设备的惯性传感器的方法，该方法包括以下步骤当所述工作设备不处于工作状态时，从一个或更多个惯性传感器以及接近所述惯性传感器设置的一个或更多个温度传感器采集数据；以及使用从所述惯性传感器和所述温度传感器采集的数据来更新所述惯性传感器的热偏离误差模型。该方法优选地包括确定所述工作设备是否处于工作状态。所述工作设备可以是交通工具，并且确定所述工作设备是否处于工作状态可以确定该交通工具是否被接通电源。所述工作设备可以是测量设备，并且确定所述工作设备是否处于工作状态可以确定所述测量设备是否被接通电源。优选地，该方法包括以下步骤确定所述工作设备是否受到振动或意外的运动的影响；以及放弃在所述工作设备受到振动或运动影响时所采集的任何数据。更新所述热偏离误差模型的步骤可以包括将采集的数据拟合成曲线并且利用该曲线的函数的特征来更新所述热偏离误差模型。更新所述热偏离误差模型的步骤可以包括相对在所述工作设备不处于工作状态时在以往周期中获取的以往数据来对在所述工作设备不处于工作状态时在一个周期中获取的数据的相关性进行加权，并且向最近的周期中的数据采集赋予更大的权重。优选地，对具有所述惯性传感器和所述温度传感器的传感器子系统进行周期性地加电以在所述工作设备不处于工作状态时采集数据。5优选地，在所述工作设备断开电源以后将数据的采集延迟预定时间。在另一种形式中，本专利技术公开了一种惯性测量单元，包括传感器子系统，包括一个或更多个惯性传感器；与所述惯性传感器相关联的一个或更多个温度传感器；以及低功率抽样模块，其能够操作为从所述惯性传感器和所述温度传感器采集数据；处理模块，其具有存储有所述惯性传感器的热偏离误差模型的存储器；以及电源控制器，其被配置为当安装有所述惯性测量单元的工作设备不处于工作状态时选择性地向所述传感器子系统供电以处所述惯性传感器和所述温度传感器采集数据。优选地，该惯性测量单元包括计时器，该计时器被所述电源控制器使用以在所述工作设备断开电源的时段中周期地对所述传感器子系统加电。优选地，所述低功率抽样模块包括低功率处理器，并且所述处理模块包括具有比所述低功率处理器相对更高功率要求的主处理器。附图说明下面将参照附图仅以示例的方式更加全面地描述本专利技术的优选实施方式，其中图1示出了现有技术的惯性测量单元的设计；图2示出了根据本专利技术的惯性测量单元的一个实施方式的图示设计；图3示出了通过计算热偏离误差模型来校准惯性测量单元的惯性传感器的方法的图示流程图；图4示出了惯性传感器的温度在惯性传感器从操作温度冷却到环境温度的冷却阶段的温度与时间的关系的曲线；图5示出了惯性传感器的温度在环境温度变化的环境温度变化阶段的温度与时间的关系的曲线；图6示出了图2中的惯性测量单元的被描绘为温度偏离曲线的热偏离误差模型； 以及图7示出了在图2中的惯性测量单元的抽样模式期间所获取的温度偏离曲线中的几部分。具体实施例方式参照图1，现有技术的惯性测量单元1包括一个或多个惯性传感器2、处理模块3 以及用于控制向处理模块3和惯性传感器2供电的电源控制器4。处理模块3包括处理器 6和存储装置7。在存储装置7中存储有针对各个惯性传感器2的热偏离误差模型。处理模块3能够利用由该热偏离误差模型校正了的惯性传感器的输入来计算交通工具姿态。参照图2，显示了根据本专利技术一个实施方式的惯性测量单元(IMU) 10的设计。IMU 10通常包括电源控制器12、惯性传感器单元14、低功率抽样模块16、处理模块16和计时器 20。惯性传感器单元14和低功率抽样模块16 —起形成传感器子系统22。参照IMU 10与在安装有该IMU 10的交通工具的工作关系来描述该IMU 10，但是该IMU 10可以类似地安装在诸如测量设备的任何其他使用惯性传感器的工作设备中。电源控制器12控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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，
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：