CN103411623B - 速率陀螺校准方法 - Google Patents
速率陀螺校准方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103411623B CN103411623B CN201310289732.2A CN201310289732A CN103411623B CN 103411623 B CN103411623 B CN 103411623B CN 201310289732 A CN201310289732 A CN 201310289732A CN 103411623 B CN103411623 B CN 103411623B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- axis
- omega
- rate
- prime
- carrier
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种速率陀螺校准方法,用于解决现有速率陀螺误差标定过程复杂的技术问题。技术方案是将载体分别绕X轴、Y轴、Z轴旋转,由磁传感器的输出数据变化计算载体的旋转角速率,以此作为标定速率陀螺的基准角速率,分别校准速率陀螺的每个轴的标度因数和零偏误差。该方法无需速率转台,实现条件简单,适用于在线快速标定。经测试,陀螺静态精度能够达到十分钟漂移在2.5°以内,动态条件下,三个轴在输入角速率小于25°/s时,误差均能保持在±2°以内。
Description
技术领域
本发明涉及一种陀螺校准方法,特别是涉及一种速率陀螺校准方法。
背景技术
速率陀螺的校准主要是在速率转台上采用位置标定法或速率标定法来完成。文献“微小型捷联惯性测量单元标定及补偿方法,李建利,房建成,盛蔚等,宇航学报,2008,03:947-951”公开了一种微小型捷联惯性测量单元标定及补偿方法。该方法根据微小型惯性测量单元角速度及加速度通道误差数学模型设计“六方位正反速率”试验,利用三轴速率转台设置微型捷联惯性测量单元的X、Y、Z轴分别与地球坐标系的天、地重合等六方位,在每个方位输入不同的正负转速。将六方位每个速率下的正反旋转采集数据分别求平均,根据6个方位的***误差方程,标定MEMS陀螺的零偏、标度因数、安装误差和与比力有关项等误差系数。该方法虽然误差辨识精度较高,但是依赖于三轴速率转台的速率试验,而且要采集不同正反速率下转台转动数周的六方位数据,试验过程复杂,标定时间冗长,求解线性方程计算量也比较大,不利于在线标定。
发明内容
为了克服现有速率陀螺误差标定过程复杂的不足,本发明提供一种速率陀螺校准方法。该方法将载体分别绕X轴、Y轴、Z轴旋转,由磁传感器的输出数据变化计算载体的旋转角速率,以此作为标定速率陀螺的基准角速率,分别校准速率陀螺的每个轴的标度因数和零偏误差。该方法无需速率转台,实现条件简单,适用于在线快速标定。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种速率陀螺校准方法,其特点是包括以下步骤:
步骤一、建立速率陀螺的误差模型为:
式中,ωxm、ωym、ωzm分别为MEMS陀螺X、Y、Z轴输出角速度的测量值;ωx、ωy、ωz分别为陀螺X、Y、Z轴的实际输入角速度值;Nx、Ny、Nz分别为陀螺X、Y、Z轴的标度因数;Bωx、Bωy、Bωz分别为陀螺X、Y、Z轴的零偏误差。
步骤二、将安装有三轴磁传感器和三轴速率陀螺的航向姿态测量***固定在水平的三轴无磁转台上,航姿测量***的Z轴指天,X轴和Y轴与转台内框中轴线重合。
步骤三、固定航向角倾斜角γ=0°,载体绕X轴逆时针缓慢旋转。定义hx、hy、hz分别为T时刻三轴磁传感器输出的地磁场矢量在X、Y、Z轴上的分量,h'x、h'y、h'z为T+Ts时刻磁传感器的三轴输出数据。根据坐标旋转公式,求得Ts时间内载体绕X轴的旋转角度Δθ为:
选择磁传感器的数据更新频率为旋转时间差Ts,载体绕X轴旋转的基准角速率ωx为:
步骤四、固定航向角俯仰角θ=0°,载体绕Y轴逆时针缓慢旋转,根据坐标旋转公式,求得Ts时间内载体绕Y轴的旋转角度Δγ为:
载体绕Y轴旋转的基准角速率ωy为:
步骤五、固定俯仰角θ=0°,倾斜角γ=0°,载体绕Z轴顺时针缓慢旋转,根据坐标旋转公式,求得Ts时间内绕Z轴的旋转角度为:
载体绕Z轴旋转的基准角速率ωz为:
步骤六、根据步骤三至步骤五得到的三个基准速率与陀螺输出的三轴角速率的测量值拟合(1)式,得到速率陀螺X、Y、Z轴的标度因数和零偏误差。
本发明的有益效果是:由于该方法将载体分别绕X轴、Y轴、Z轴旋转,由磁传感器的输出数据变化计算载体的旋转角速率,以此作为标定速率陀螺的基准角速率,分别校准速率陀螺的每个轴的标度因数和零偏误差。该方法无需速率转台,实现条件简单,适用于在线快速标定。经测试,陀螺静态精度能够达到十分钟漂移在2.5°以内,动态条件下,三个轴在输入角速率小于25°/s时,误差均能保持在±2°以内。
下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。
具体实施方式
本发明速率陀螺校准方法具体步骤如下:
以室温条件下,由三轴MEMS加速度计、三轴MEMS角速率陀螺和三轴微型磁通门传感器构成的微型航向姿态测量***在3SK-150型无磁转台上进行的实验为例对本发明进行说明。方法步骤如下:
(1)建立速率陀螺的误差模型为:
其中,ωxm、ωym、ωzm分别为MEMS陀螺X、Y、Z轴输出角速度的测量值;ωx、ωy、ωz分别为X、Y、Z轴的实际输入角速度值;Nx、Ny、Nz分别为X、Y、Z轴的标度因数;Bωx、Bωy、Bωz分别为陀螺X、Y、Z轴的零偏误差。
(2)将航向姿态***固定在水平放置的转台上,***的Z轴指天,X轴和Y轴与转台内框中轴线重合。
(3)固定航向角倾斜角γ=0°,载体绕X轴逆时针缓慢旋转。定义hx、hy、hz分别为T时刻三轴磁传感器输出的地磁场矢量在X、Y、Z轴上的分量,h'x、h'y、h'z为T+Ts时刻磁传感器输出的地磁场矢量在X、Y、Z轴上的分量。根据坐标旋转公式,求得Ts时间内载体绕X轴的旋转角度Δθ为:
因陀螺数据更新率大于磁传感器数据更新率,所以选择磁传感器的数据更新频率为旋转时间差Ts,载体绕X轴旋转的基准角速率ωx为:
(4)固定航向角俯仰角θ=0°,载体绕Y轴逆时针缓慢旋转,根据坐标旋转公式,求得Ts时间内载体绕Y轴的旋转角度Δγ为:
载体绕Y轴旋转的基准角速率ωy为:
(5)固定俯仰角θ=0°,倾斜角γ=0°,载体绕Z轴顺时针缓慢旋转,根据坐标旋转公式,求得Ts时间内绕Z轴的旋转角度为:
载体绕Z轴旋转的基准角速率ωz为:
(6)利用递推最小二乘法拟合(1)式,得到速率陀螺X、Y、Z轴的标度因数误差和零偏误差分别为:
将误差系数代入误差方程并验证,静态条件下,航姿测量***测量的航向角误差由补偿前十分钟漂移一百多度减小到补偿后漂移在2.5°以内,动态条件下,三个轴在输入角速率小于25°/s时,误差均能保持在±2°以内。
Claims (1)
1.一种速率陀螺校准方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤一、建立速率陀螺的误差模型为:
式中,ωxm、ωym、ωzm分别为速率陀螺X、Y、Z轴输出角速率的测量值;ωx、ωy、ωz分别为速率陀螺X、Y、Z轴的实际输入角速率值,并以此作为标定速率陀螺的基准角速率;Nx、Ny、Nz分别为速率陀螺X、Y、Z轴的标度因数;Bωx、Bωy、Bωz分别为速率陀螺X、Y、Z轴的零偏误差;
步骤二、将安装有三轴磁传感器和速率陀螺的航向姿态测量***固定在水平的三轴无磁转台上,航向姿态测量***的Z轴指天,X轴和Y轴分别与转台内框中轴线重合;
步骤三、固定航向角倾斜角γ=0°,载体绕X轴逆时针缓慢旋转;定义hx、hy、hz分别为T时刻三轴磁传感器输出的地磁场矢量在X、Y、Z轴上的分量,h'x、h'y、h'z为T+Ts时刻三轴磁传感器的三轴输出数据;根据坐标旋转公式,求得Ts时间内载体绕X轴的旋转角度Δθ为:
选择三轴磁传感器的数据更新频率为旋转时间差Ts,载体绕X轴旋转的基准角速率ωx为:
步骤四、固定航向角俯仰角θ=0°,载体绕Y轴逆时针缓慢旋转,根据坐标旋转公式,求得Ts时间内载体绕Y轴的旋转角度Δγ为:
载体绕Y轴旋转的基准角速率ωy为:
步骤五、固定俯仰角θ=0°,倾斜角γ=0°,载体绕Z轴顺时针缓慢旋转,根据坐标旋转公式,求得Ts时间内绕Z轴的旋转角度为:
载体绕Z轴旋转的基准角速率ωz为:
步骤六、根据步骤三至步骤五得到的三个基准角速率与速率陀螺输出的三轴角速率的测量值拟合(1)式,得到速率陀螺X、Y、Z轴的标度因数和零偏误差。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310289732.2A CN103411623B (zh) | 2013-07-10 | 2013-07-10 | 速率陀螺校准方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310289732.2A CN103411623B (zh) | 2013-07-10 | 2013-07-10 | 速率陀螺校准方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103411623A CN103411623A (zh) | 2013-11-27 |
CN103411623B true CN103411623B (zh) | 2015-12-23 |
Family
ID=49604651
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201310289732.2A Expired - Fee Related CN103411623B (zh) | 2013-07-10 | 2013-07-10 | 速率陀螺校准方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103411623B (zh) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104101363B (zh) * | 2014-07-28 | 2017-07-28 | 中国电子科技集团公司第二十六研究所 | 一种用于旋转载体横向姿态测量的陀螺仪动态标定方法 |
CN106033131B (zh) * | 2015-03-20 | 2018-09-11 | 阿里巴巴集团控股有限公司 | 一种地磁传感器校准方法、装置及智能设备 |
CN105445764A (zh) * | 2015-11-13 | 2016-03-30 | 上海华测导航技术股份有限公司 | 一种用于gnss接收机空间姿态精度检验方法 |
CN106840205B (zh) * | 2017-01-19 | 2020-05-15 | 北京小鸟看看科技有限公司 | 陀螺仪校准补偿方法及装置、虚拟现实头戴设备 |
CN107024674B (zh) * | 2017-05-26 | 2019-04-26 | 北京航空航天大学 | 一种基于递推最小二乘法的磁强计现场快速标定方法 |
CN107727115A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-02-23 | 青岛海信移动通信技术股份有限公司 | 陀螺仪校正方法及装置 |
CN110530396A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-12-03 | 苏州浪潮智能科技有限公司 | 一种陀螺仪传感器误差的处理方法及设备 |
CN113008271A (zh) * | 2019-08-15 | 2021-06-22 | 深圳市瑞立视多媒体科技有限公司 | 校准3d旋转差异的数学模型构建方法、校准方法及其装置 |
CN114166246B (zh) * | 2021-11-19 | 2024-04-16 | 西安航天精密机电研究所 | 一种速率光纤陀螺仪标度因数标定方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101029833A (zh) * | 2007-03-12 | 2007-09-05 | 北京航空航天大学 | 一种捷联mems陀螺动态误差标定方法 |
CN101246023A (zh) * | 2008-03-21 | 2008-08-20 | 哈尔滨工程大学 | 微机械陀螺惯性测量组件的闭环标定方法 |
CN101568801A (zh) * | 2006-12-20 | 2009-10-28 | 萨甘安全防护公司 | 校准轴对称振动陀螺测试仪中的比例因子的方法 |
CN102564451A (zh) * | 2011-12-09 | 2012-07-11 | 北京理工大学 | 一种平台式惯性导航***的***级补偿方法 |
CN102564459A (zh) * | 2012-01-17 | 2012-07-11 | 北京理工大学 | 一种单轴旋转调制捷联式惯性导航***海上校准方法 |
CN102680004A (zh) * | 2012-05-30 | 2012-09-19 | 北京航空航天大学 | 一种挠性陀螺位置姿态测量***pos的标度因数误差标定与补偿方法 |
CN102927994A (zh) * | 2012-10-23 | 2013-02-13 | 北京航空航天大学 | 一种斜置冗余捷联惯性导航***的快速标定方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8005635B2 (en) * | 2007-08-14 | 2011-08-23 | Ching-Fang Lin | Self-calibrated azimuth and attitude accuracy enhancing method and system (SAAAEMS) |
-
2013
- 2013-07-10 CN CN201310289732.2A patent/CN103411623B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101568801A (zh) * | 2006-12-20 | 2009-10-28 | 萨甘安全防护公司 | 校准轴对称振动陀螺测试仪中的比例因子的方法 |
CN101029833A (zh) * | 2007-03-12 | 2007-09-05 | 北京航空航天大学 | 一种捷联mems陀螺动态误差标定方法 |
CN101246023A (zh) * | 2008-03-21 | 2008-08-20 | 哈尔滨工程大学 | 微机械陀螺惯性测量组件的闭环标定方法 |
CN102564451A (zh) * | 2011-12-09 | 2012-07-11 | 北京理工大学 | 一种平台式惯性导航***的***级补偿方法 |
CN102564459A (zh) * | 2012-01-17 | 2012-07-11 | 北京理工大学 | 一种单轴旋转调制捷联式惯性导航***海上校准方法 |
CN102680004A (zh) * | 2012-05-30 | 2012-09-19 | 北京航空航天大学 | 一种挠性陀螺位置姿态测量***pos的标度因数误差标定与补偿方法 |
CN102927994A (zh) * | 2012-10-23 | 2013-02-13 | 北京航空航天大学 | 一种斜置冗余捷联惯性导航***的快速标定方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
MEMS陀螺随机漂移的状态空间模型分析及应用;袁赣南等;《传感技术学报》;20110630;第24卷(第6期);全文 * |
微小型捷联惯性测量单元标定及补偿方法;李建利等;《宇航学报》;20080531;第29卷(第3期);全文 * |
斜置惯性测量单元的一体化标定技术;郭鹏飞等;《中国惯性技术学报》;20070630;第15卷(第3期);全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103411623A (zh) | 2013-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103411623B (zh) | 速率陀螺校准方法 | |
CN108168574B (zh) | 一种基于速度观测的8位置捷联惯导***级标定方法 | |
CN102980577B (zh) | 一种微型捷联航姿***及其工作方法 | |
CN107655493B (zh) | 一种光纤陀螺sins六位置***级标定方法 | |
CN1330935C (zh) | 安装误差角与标度因数解耦的微惯性测量单元精确标定方法 | |
CN104374388B (zh) | 一种基于偏振光传感器的航姿测定方法 | |
CN105043412B (zh) | 一种惯性测量单元误差补偿方法 | |
CN103323625B (zh) | 一种mems-imu中加速度计动态环境下的误差标定补偿方法 | |
CN105180968A (zh) | 一种imu/磁强计安装失准角在线滤波标定方法 | |
CN104459828B (zh) | 基于绕轴法的地磁矢量***非对准校正方法 | |
CN106441357B (zh) | 一种基于阻尼网络的单轴旋转sins轴向陀螺漂移校正方法 | |
CN101706287B (zh) | 一种基于数字高通滤波的旋转捷联***现场标定方法 | |
CN103900608B (zh) | 一种基于四元数ckf的低精度惯导初始对准方法 | |
Guo et al. | The soft iron and hard iron calibration method using extended Kalman filter for attitude and heading reference system | |
CN101629826A (zh) | 基于单轴旋转的光纤陀螺捷联惯性导航***粗对准方法 | |
CN105628025B (zh) | 一种恒速偏频/机抖激光陀螺惯导***导航方法 | |
CN101246023A (zh) | 微机械陀螺惯性测量组件的闭环标定方法 | |
CN101571394A (zh) | 基于旋转机构的光纤捷联惯性导航***初始姿态确定方法 | |
CN101963512A (zh) | 船用旋转式光纤陀螺捷联惯导***初始对准方法 | |
CN102636183B (zh) | 基于光纤监测和双轴转台离心机的挠性陀螺二次过载项测试方法 | |
CN102749079A (zh) | 一种光纤捷联惯导双轴旋转调制方法及双轴旋转机构 | |
CN104792323B (zh) | 动态水平仪及姿态角计算方法 | |
CN104697521B (zh) | 一种采用陀螺冗余斜交配置方式测量高速旋转体姿态和角速度的方法 | |
WO2020164206A1 (zh) | 一种旋转加速度计重力梯度仪标定方法 | |
CN106940193A (zh) | 一种基于Kalman滤波的船舶自适应摇摆标定方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20151223 Termination date: 20160710 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |