CN108534800A - 一种mems-imu全温全参数标定补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的MEMS‑IMU全温全参数标定补偿方法,采用温控转台标定与精密离心标定紧密结合,相辅相成作用互补,温控转台标定用于标定MEMS‑IMU中陀螺的零偏、温度系数、刻度因数、安装耦合误差、非线性误差,以及加速度计的零偏、温度系数、精密离心标定可以标定出陀螺的加速度效应系数,以及加速度计的刻度因数、安装耦合误差、非线性度误差、杆臂效应等,可准确标定出MEMS‑IMU在全温状态下的全误差参数,从而提高MEMS‑IMU在实际应用过程中的精度。
Description
技术领域
本发明涉及惯性器件测试领域,特别设计一种MEMS-IMU全温全参数标定补偿方法。
背景技术
MEMS惯性传感器具备体积小、成本低、重量轻及环境适应性强等特点,使其在各领域得到广泛应用。针对其精度较差的问题,相关领域竞相展开了提高其精度的研究。提高MEMS-IMU精度的方法主要有两种,一是研究或购买更高精度的MEMS惯性传感器,这必将会带来时间与成本上的大幅增长;另一种方法是对MEMS惯性传感器的误差进行标定补偿,提高其使用精度,这种方法成本较低、简便且易于实现。
常规MEMS-IMU标定方法是通过速率转台分别对每个轴陀螺及相互之间的交叉耦合进行标定,通过六位置法对加速度计在地球重力加速度±1g输入情况下对零偏、刻度因数等误差进行标定,之后通过将MEMS-IMU放入温箱中采集不同温度下惯性器件的零偏变化来辨识MEMS-IMU的温度特性,此种标定方法步骤较为繁琐且耗时较长,另外MEMS-IMU的各种温度特性不易被发掘,导致MEMS-IMU的标定精度不高。
针对其温度特性,也有单独通过温箱转台对MEMS-IMU进行标定的方法,该方法虽能标定出陀螺与加计的温度系数与多数误差参数,但对于全温状态下的全部误差参数标定却不够全面,这种方法无法标定出陀螺随加速度变化的误差系数,且只能标定输入为±1g时的加速度计输出情况,而在实际应用过程中必须考虑加速度为其他值时的情况,因此该方法也不能获得较高的标定精度。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供了一种MEMS-IMU全温全参数标定补偿方法,可准确标定出MEMS-IMU在全温状态下的全误差参数,提高MEMS-IMU在实际应用过程中的精度。
与常规的标定方法相比,省去了单个传感器或单个误差参数的标定过程。不仅提高了标定精度,也明显提高了实验效率。同时也避免了单独温控标定导致的标定参数不全面的弊端。
本发明提供一种MEMS-IMU全温全参数标定补偿方法,所述方法包括:
建立陀螺与加速度计的标定模型;
采用温控转台标定全温状态下陀螺的零偏、陀螺的温度修正系数、陀螺的刻度因数、陀螺的安装耦合误差、陀螺的非线性误差、及加速度计的零偏、加速度计的温度修正系数;
将所述陀螺的零偏、陀螺的温度修正系数、陀螺的刻度因数、陀螺的安装耦合误差、陀螺的非线性误差、及加速度计的零偏、加速度计的温度修正系数作为已知误差补偿参数代入所述陀螺与加速度计的标定模型进行参数补偿;
采用精密离心机标定全温状态下陀螺的加速度效应系数、及加速度计的刻度因数、加速度计的安装耦合误差、加速度计的非线性误差、加速度计的杆臂效应,以完成在全温状态下所有误差参数标定。
作为一种可能的实现方式,所述建立陀螺与加速度计的标定模型,包括:建立陀螺标定模型
ω=(K+Mg)Ω+(K1Ω+K2Ω2+K3Ω3)+B+Ca+υ,
是加载在IMU上的实际角速度;
是陀螺仪的输出角速度值;
是陀螺仪刻度因数矩阵,γ1、δ1是温度变化修正系数;
是安装误差修正矩阵,即陀螺仪与安装基座存在的误差偏角;
是非线性度修正项;
是零偏矩阵,γ0、δ0是零偏温度变化修正系数;
是加速度相关修正项,υ是随机误差;
根据陀螺仪的输入输出关系,将陀螺仪的标定模型合并为:
建立加速度计标定模型
a=(S+Ma)A+(S1A+S2A2+S3A3)+D+Rω2+v
为加载在IMU上的实际比力;
为加速度计的输出比力值;
是加速度计刻度因数矩阵,α1,β1是温度变化修正系数;
是加速度计安装误差修正矩阵;
是加速度计非线性度修正项;
是加速度计零偏修正项,α0,β0是零偏温度变化修正系数;
是离心加速度误差修正项,υ是随机误差;
将加速度计的标定模型合并为:
作为一种可能的实现方式,所述方法还包括:
采用六个位置正反转对MEMS-IMU进行标定。
作为一种可能的实现方式,所述采用六个位置正反转对MEMS-IMU进行标定,包括:
正反转时i轴陀螺输出为:
Ωji+=f(ωj+ωie,-g)
Ωji-=f(-ωj+ωie,-g)
其中,i轴为敏感轴,Ωji+表示j点转速正转的输出,Ωji-表示j点转速反转的输出,ωj表示j点转台输入角速率,ωie表示地球自转速度,于是两式相减,即可扣去地球自转和重力加速度的影响,得到j点转速陀螺的输出为:
作为一种可能的实现方式,所述温度转台的标定温度范围设定在-40℃~60℃,间隔10℃设置一个温度点,每个温度点保温半小时再进行旋转测量。
作为一种可能的实现方式,所述采用温控转台标定全温状态下陀螺的零偏、陀螺的温度修正系数、陀螺的刻度因数、陀螺的安装耦合误差、陀螺的非线性误差、及加速度计的零偏、加速度计的温度修正系数,包括:
步骤1,将IMU的位置通过工装固定于温控转台上静止,电气安装检查无误后,IMU通电,预热30分钟;
步骤2,温控转台加电,设置温控转台的温度点并保温半小时,温度点按照从低到高的顺序进行设置;
步骤3,设置温控转台的转动速率和转动方向,设置所述温控转台进行正转,启动温控转台,通过查询的方式判断角速率平稳后,对陀螺仪输出采样,采样时间为30秒钟,温控转台停转;
步骤4,设定相同转动速率,设置所述温控转台进行反转,,启动温控转台,通过查询的方式判断角速率平稳后,对陀螺仪输出采样,采样时间为30秒钟;
步骤5,按转动速率从小到大的顺序改变温控转台输入转动速率,重复执行步骤3和步骤4直到所有需要标定的角速率点测量完毕;
步骤6,按预定温度点从低到高的顺序设置下一个温度点,重复执行步骤3、步骤4及步骤5;
步骤7,重复执行步骤6直到将预定温度点中所有需要标定的温度点标定完毕;
步骤8,按预定位置顺序改变IMU的敏感轴,重复执行步骤6和步骤7;
步骤9,重复执行步骤8直到预定位置顺序标定完毕。
作为一种可能的实现方式,所述采用精密离心机标定全温状态下陀螺的加速度效应系数、及加速度计的刻度因数、加速度计的安装耦合误差、加速度计的非线性误差、加速度计的杆臂效应,包括:
步骤11,将MEMS-IMU通过工装固定于离心机的安装基面上,电气安装检查无误后,MEMS-IMU通电,预热5分钟;
步骤12,离心机加电,设定离心机需要标定的加速度点,按预定加速度点由从小到大顺序进行实验;
步骤13,启动离心机,待离心机加速度平稳后对IMU输出采样,采样时间5秒钟,离心机停转,静止30秒;
步骤14,重复执行步骤12和步骤13直到预定加速度点的测试点标定完毕;
步骤15,按预定位置顺序改变IMU的敏感轴,重复执行步骤12、步骤13以及步骤14;
步骤16,重复执行步骤15直至离心机的预定位置顺序标定完成。
作为一种可能的实现方式,所述标定方法采用的标定***包括正六面体标定工装、安装夹具、温控转台、测试电源、上位机以及测试数据采集***,所述MEMS-IMU通过所述正六面体标定工装固定在所述安装夹具上,所述上位机通过USB CAN总线与所述温控转台电连接,所述测试数据采集***与所述上位机通过数据网口电连接。
本发明提出的MEMS-IMU全温全参数标定补偿方法,采用温控转台标定与精密离心标定紧密结合,相辅相成作用互补,温控转台标定用于标定MEMS-IMU中陀螺的零偏、温度系数、刻度因数、安装耦合误差、非线性误差,以及加速度计的零偏、温度系数、精密离心标定可以标定出陀螺的加速度效应系数,以及加速度计的刻度因数、安装耦合误差、非线性度误差、杆臂效应等,可准确标定出MEMS-IMU在全温状态下的全误差参数,从而提高MEMS-IMU在实际应用过程中的精度。
附图说明
图1是本发明实施例中的MEMS-IMU全温全参数标定补偿方法的流程图;
图2是本发明实施例中的MEMS-IMU全温全参数标定补偿方法中的三轴陀螺或三轴加速度计的安装耦合误差示意图;
图3是本发明实施例中的MEMS-IMU全温全参数标定补偿方法中的温控转台标定***组成及工作原理图;
图4是本发明实施例中的MEMS-IMU全温全参数标定补偿方法中的温控转台标定六位置图;
图5是本发明实施例中的MEMS-IMU全温全参数标定补偿方法中的离心标定安装示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
结合图1所示,本发明提供一种MEMS-IMU全温全参数标定补偿方法,所述方法包括:
S101、建立陀螺与加速度计的标定模型;
S102、采用温控转台标定全温状态下陀螺的零偏、陀螺的温度修正系数、陀螺的刻度因数、陀螺的安装耦合误差、陀螺的非线性误差、及加速度计的零偏、加速度计的温度修正系数;
S103、将所述陀螺的零偏、陀螺的温度修正系数、陀螺的刻度因数、陀螺的安装耦合误差、陀螺的非线性误差、及加速度计的零偏、加速度计的温度修正系数作为已知误差补偿参数代入所述陀螺与加速度计的标定模型进行参数补偿;
S104、采用精密离心机标定全温状态下陀螺的加速度效应系数、及加速度计的刻度因数、加速度计的安装耦合误差、加速度计的非线性误差、加速度计的杆臂效应,以完成在全温状态下所有误差参数标定。
步骤1,建立全面的标定模型
陀螺标定模型
ω=(K+Mg)Ω+(K1Ω+K2Ω2+K3Ω3)+B+Ca+υ (1)
是加载在IMU上的实际角速度;
是陀螺仪的输出角速度值;
是陀螺仪刻度因数矩阵,γ1、δ1是温度变化修正系数;
是安装误差修正矩阵,即陀螺仪与安装基座存在的误差偏角,参见图2;
是非线性度修正项;
是零偏矩阵,γ0、δ0是零偏温度变化修正系数;
是加速度相关修正项;
υ是随机误差。
根据陀螺仪的输入输出关系,将陀螺仪的标定模型合并为:
加速度计标定模型
a=(S+Ma)A+(S1A+S2A2+S3A3)+D+Rω2+v (3)
为加载在IMU上的实际比力;
为加速度计的输出比力值;
是加速度计刻度因数矩阵,α1,β1是温度变化修正系数;
是加速度计安装误差修正矩阵;
是加速度计非线性度修正项;
是加速度计零偏修正项,α0,β0是零偏温度变化修正系数;
是离心加速度误差(杆臂效应)修正项;
υ是随机误差。
将加速度计的标定模型合并为:
步骤2,温控转台标定
温控转台需标定的参数有:加速度计的零偏、温度系数,以及陀螺的零偏、温度系数、刻度因数、安装耦合误差、非线性度误差等。
在满足具体应用指标,包括传感器的量程、精度、环境条件的前提下,提出了MEMS-IMU的标定方法。直接对集成后的MEMS-IMU进行标定,一次性得到所有的上述误差系数,省略单个传感器的标定过程。
如图3所示,标定***组成包括MEMS-IMU、正六面体标定工装及安装夹具、温控转台,测试电源、上位机、XPC测试数据采集***,其中,温控转台还可做水平台使用。
如图4所示,为了消除地球自转和重力加速度对MEMS-IMU标定结果的影响,需要采用六个位置的正反转标定,三个正交轴的方向根据具体的IMU方向而定。
采用正反转的方法即可消去地球自转和重力加速度的影响。当i轴为敏感轴,正反转时i轴陀螺输出为:
其中Ωji+表示j点转速正转的输出,Ωji-表示j点转速反转的输出,ωj表示j点转台输入角速率,ωie表示地球自转速度,于是两式相减,即可扣去地球自转和重力加速度的影响,得到j点转速陀螺的输出为:
工业级器件的工作温度范围一般为-40℃~60℃,因此对于MEMS-IMU全温状态下的标定,温控转台需要设置的温度范围为-40℃~60℃,测量的温度点Tm及顺序如表1所示,每个温度点都要保温半小时才开始进行旋转测量。需要说明的是也可以选取温度范围内的其他温度点进行标定测试,根据需要而定。
T1 | T2 | T3 | T4 | T5 | T6 | T7 | T8 | T9 | T10 | T11 |
-40 | -30 | -20 | -10 | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 |
表1测量的温度点(单位℃)
关于温控转台中陀螺的误差参数标定,转台设置的转动速率点参见表2,先正转再反转,每一个速率点转动的时间约为30s。本发明中关于速率点的选取可以根据用户的具体需求进行调整。
表2需要标定的速率点(单位°/s)
结合图4所示,关于温控转台中加速度计的误差参数标定,参见表2中输入转动角速率为0时的相关标定,按图4的位置翻转六面体工装,分别利用重力加速度给IMU载体系施加加速度激励,参见表3。
位置1-1 | 位置1-2 | 位置2-1 | 位置2-2 | 位置3-1 | 位置3-2 | |
ax | g | -g | 0 | 0 | 0 | 0 |
ay | 0 | 0 | g | -g | 0 | 0 |
az | 0 | 0 | 0 | 0 | g | -g |
表3加速度计六位置实验激励表
温控转台标定可分为六组,每一组对应图4中的一个标定位置,直到将六个位置标定完毕。每组的具体标定步骤如下:
a、结合图4所示,将IMU通过工装固定于温控转台上静止,电气安装检查无误后,IMU通电,预热30分钟;
b、温控转台加电,按表1设置温控转台的温度点,保温半小时,温度点按表1中从低到高的顺序进行设置;
c、设置温控转台的转动速率和转动方向,先设正转,启动温控转台,通过查询的方式判断角速率平稳后,用计算机对陀螺仪输出采样,采样时间约为30秒钟,转台停转;
d、设定同样的转动速率,使转台反转,方法与c)步骤相同;
e、按表2从小到大的顺序改变转台输入转动速率,重复c)、d)步骤直到将表2中所有需要标定的角速率点测量完毕;
f、按表1中从低到高的顺序设置下一个温度点,重复c)、d)、e)步骤;
g、重复f)步骤直到将表1中所有需要标定的温度点标定完毕;
h、按图3中的位置顺序改变IMU的敏感轴,重复f)、g)步骤;
i、重复h)直到将图4中的六个位置标定完毕。
步骤3,已知参数对模型进行补偿
通过对MEMS-IMU的温控转台标定,将已经标定出的加速度计零偏、温度修正系数,及陀螺的零偏、温度修正系数、刻度因数、安装耦合误差、非线性误差等参数代入原标定模型进行补偿,补偿后模型中剩余的误差参数由精密离心标定获得。
步骤4,精密离心标定
离心标定的目的是标出加速度计的刻度因数、安装耦合误差、非线性误差、杆臂效应误差,以及陀螺的加速度效应系数。
参见图5所示,标定所需设备包括正六面体标定工装及安装夹具、精密离心机、测试电源、测试数据记录***等。离心机台面提供水平基准。MEMS-IMU需要一个重量满足离心机要求的安装夹具,将其安装到离心机上。离心机标定需要对三个敏感轴的正负方向进行标定。
加速度计标定时,需要标定的加速度点参见表4,每个加速度点稳定后记录5s的数据求平均得到的MEMS-IMU输出。此处需说明,用户可根据自己的需求选择不同的加速度点进行标定。
0g | 5g | 10g | 15g | 20g | 25g | 30g | 35g | 40g | 45g |
表4为标定加速度点
按照六个位置将离心标定分为六组,每一组对应图4中的一个标定位置,直到将六个位置标定完毕。每一组具体标定步骤如下:
a、按照图4的位置1-1,将MEMS-IMU通过工装固定于离心机的安装基面上,电气安装检查无误后,MEMS-IMU通电,预热5分钟;
b、离心机加电,设定离心机需要标定的加速度点,按表4顺序进行实验;
c、启动离心机,角速度平稳后,用计算机对IMU输出采样,采样时间5秒钟,离心机停转,静止30秒;
d、重复b)、c)步骤直至表4中的加速度测试点标定完毕;
e、按图4中的位置顺序改变IMU的敏感轴,重复b)、c)、d)步骤;
f、重复e)步骤直到离心机六个位置的标定完成。
本发明提出的MEMS-IMU全温全参数标定补偿方法,采用温控转台标定与精密离心标定紧密结合,相辅相成作用互补,温控转台标定用于标定MEMS-IMU中陀螺的零偏、温度系数、刻度因数、安装耦合误差、非线性误差,以及加速度计的零偏、温度系数、精密离心标定可以标定出陀螺的加速度效应系数,以及加速度计的刻度因数、安装耦合误差、非线性度误差、杆臂效应等,可准确标定出MEMS-IMU在全温状态下的全误差参数,从而提高MEMS-IMU在实际应用过程中的精度。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的***,装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的***,装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,该程序可以存储于一计算机可读存储介质中,存储介质可以包括:只读存储器(ROM,Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM,RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明所提供的一种MEMS-IMU全温全参数标定补偿方法进行了详细介绍,对于本领域的一般技术人员,依据本发明实施例的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种MEMS-IMU全温全参数标定补偿方法,其特征在于,所述方法包括:
建立陀螺与加速度计的标定模型;
采用温控转台标定全温状态下陀螺的零偏、陀螺的温度修正系数、陀螺的刻度因数、陀螺的安装耦合误差、陀螺的非线性误差、及加速度计的零偏、加速度计的温度修正系数;
将所述陀螺的零偏、陀螺的温度修正系数、陀螺的刻度因数、陀螺的安装耦合误差、陀螺的非线性误差、及加速度计的零偏、加速度计的温度修正系数作为已知误差补偿参数代入所述陀螺与加速度计的标定模型进行参数补偿;
采用精密离心机标定全温状态下陀螺的加速度效应系数、及加速度计的刻度因数、加速度计的安装耦合误差、加速度计的非线性误差、加速度计的杆臂效应,以完成在全温状态下所有误差参数标定。
2.根据权利要求1所述的MEMS-IMU全温全参数标定补偿方法,其特征在于,所述建立陀螺与加速度计的标定模型,包括:
建立陀螺标定模型
ω=(K+Mg)Ω+(K1Ω+K2Ω2+K3Ω3)+B+Ca+υ,
是加载在IMU上的实际角速度;
是陀螺仪的输出角速度值;
是陀螺仪刻度因数矩阵,γ1、δ1是温度变化修正系数;
是安装误差修正矩阵,即陀螺仪与安装基座存在的误差偏角;
是非线性度修正项;
是零偏矩阵,γ0、δ0是零偏温度变化修正系数;
是加速度相关修正项,υ是随机误差;
根据陀螺仪的输入输出关系,将陀螺仪的标定模型合并为:
建立加速度计标定模型
a=(S+Ma)A+(S1A+S2A2+S3A3)+D+Rω2+v
为加载在IMU上的实际比力;
为加速度计的输出比力值;
是加速度计刻度因数矩阵,α1,β1是温度变化修正系数;
是加速度计安装误差修正矩阵;
是加速度计非线性度修正项;
是加速度计零偏修正项,α0,β0是零偏温度变化修正系数;
是离心加速度误差修正项,υ是随机误差;
将加速度计的标定模型合并为:
3.根据权利要求1所述的MEMS-IMU全温全参数标定补偿方法,其特征在于,所述方法还包括:
采用六个位置正反转对MEMS-IMU进行标定。
4.根据权利要求3所述的MEMS-IMU全温全参数标定补偿方法,其特征在于,所述采用六个位置正反转对MEMS-IMU进行标定,包括:
正反转时i轴陀螺输出为:
Ωji+=f(ωj+ωie,-g)
Ωji-=f(-ωj+ωie,-g)
其中,i轴为敏感轴,Ωji+表示j点转速正转的输出,Ωji-表示j点转速反转的输出,ωj表示j点转台输入角速率,ωie表示地球自转速度,于是两式相减,即可扣去地球自转和重力加速度的影响,得到j点转速陀螺的输出为:
5.根据权利要求1所述的MEMS-IMU全温全参数标定补偿方法,其特征在于,所述温度转台的标定温度范围设定在-40℃~60℃,间隔10℃设置一个温度点,每个温度点保温半小时再进行旋转测量。
6.根据权利要求5所述的MEMS-IMU全温全参数标定补偿方法,其特征在于,所述采用温控转台标定全温状态下陀螺的零偏、陀螺的温度修正系数、陀螺的刻度因数、陀螺的安装耦合误差、陀螺的非线性误差、及加速度计的零偏、加速度计的温度修正系数,包括:
步骤1,将IMU的位置通过工装固定于温控转台上静止,电气安装检查无误后,IMU通电,预热30分钟;
步骤2,温控转台加电,设置温控转台的温度点并保温半小时,温度点按照从低到高的顺序进行设置;
步骤3,设置温控转台的转动速率和转动方向,设置所述温控转台进行正转,启动温控转台,通过查询的方式判断角速率平稳后,对陀螺仪输出采样,采样时间为30秒钟,温控转台停转;
步骤4,设定相同转动速率,设置所述温控转台进行反转,,启动温控转台,通过查询的方式判断角速率平稳后,对陀螺仪输出采样,采样时间为30秒钟;
步骤5,按转动速率从小到大的顺序改变温控转台输入转动速率,重复执行步骤3和步骤4直到所有需要标定的角速率点测量完毕;
步骤6,按预定温度点从低到高的顺序设置下一个温度点,重复执行步骤3、步骤4及步骤5;
步骤7,重复执行步骤6直到将预定温度点中所有需要标定的温度点标定完毕;
步骤8,按预定位置顺序改变IMU的敏感轴,重复执行步骤6和步骤7;
步骤9,重复执行步骤8直到预定位置顺序标定完毕。
7.根据权利要求6所述的MEMS-IMU全温全参数标定补偿方法,其特征在于,所述方法还包括:
温控转台的转动速率设置多个速率点,每个速率点的转动时间为30S。
8.根据权利要求1所述的MEMS-IMU全温全参数标定补偿方法,其特征在于,所述采用精密离心机标定全温状态下陀螺的加速度效应系数、及加速度计的刻度因数、加速度计的安装耦合误差、加速度计的非线性误差、加速度计的杆臂效应,包括:
步骤11,将MEMS-IMU通过工装固定于离心机的安装基面上,电气安装检查无误后,MEMS-IMU通电,预热5分钟;
步骤12,离心机加电,设定离心机需要标定的加速度点,按预定加速度点由从小到大顺序进行实验;
步骤13,启动离心机,待离心机加速度平稳后对IMU输出采样,采样时间5秒钟,离心机停转,静止30秒;
步骤14,重复执行步骤12和步骤13直到预定加速度点的测试点标定完毕;
步骤15,按预定位置顺序改变IMU的敏感轴,重复执行步骤12、步骤13以及步骤14;
步骤16,重复执行步骤15直至离心机的预定位置顺序标定完成。
9.根据权利要求1所述的MEMS-IMU全温全参数标定补偿方法,其特征在于,所述标定方法采用的标定***包括正六面体标定工装、安装夹具、温控转台、测试电源、上位机以及测试数据采集***,所述MEMS-IMU通过所述正六面体标定工装固定在所述安装夹具上,所述上位机通过USB CAN总线与所述温控转台电连接,所述测试数据采集***与所述上位机通过数据网口电连接。
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Cited By (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109163736A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-01-08 | 西安微电子技术研究所 | 一种光纤imu全温标定补偿方法 |
CN109211279A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-01-15 | 中国兵器工业集团第二四研究所苏州研发中心 | 一种用于mimu陀螺仪非线性度自动标定的***与方法 |
CN109211278A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-01-15 | 中国兵器工业集团第二四研究所苏州研发中心 | 一种mimu加速度计非线性度自动标定的***与方法 |
CN110207724A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-09-06 | 苏州邈航科技有限公司 | Imu阵列式全温标定方法及标定装置 |
CN110823216A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-02-21 | 上海航天控制技术研究所 | 一种用于惯导的自适应加速度计温度补偿方法 |
CN111351507A (zh) * | 2020-04-20 | 2020-06-30 | 北京理工导航控制科技有限公司 | 一种利用单轴温箱转台对多个三轴陀螺同时标定的方法 |
CN111664868A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-09-15 | 北京航天时代光电科技有限公司 | 一种单轴陀螺安装误差标定与补偿的方法 |
CN112578148A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-03-30 | 北京中弘泰科科技有限公司 | 一种mems加速度计的高精度温度补偿方法 |
CN112595348A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-04-02 | 南京理工大学 | 用于商用车驾驶智能的imu数据标定***及标定方法 |
CN112683303A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-04-20 | 西安航天三沃机电设备有限责任公司 | 一种惯性测量单元陀螺位置补偿方法 |
CN112729333A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-04-30 | 北京仿真中心 | 一种适用于硅微陀螺仪的分段多项式数字温度补偿方法 |
CN113062721A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-07-02 | 重庆工程学院 | 一种勘探用测井仪的全温补偿方法及*** |
CN113091768A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-07-09 | 南京理工大学 | 一种mimu整体动态智能标定补偿方法 |
CN113624259A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-09 | 湖南科众兄弟科技有限公司 | 一种mems惯组的标定方法 |
CN113720357A (zh) * | 2021-09-16 | 2021-11-30 | 北京控制工程研究所 | 一种3s光纤imu真空全温条件下陀螺标度因数标定及补偿方法 |
CN113916256A (zh) * | 2021-09-03 | 2022-01-11 | 北京自动化控制设备研究所 | 三轴mems陀螺组合惯性测量单元标定方法 |
CN113945227A (zh) * | 2021-09-13 | 2022-01-18 | 西安航天三沃机电设备有限责任公司 | 一种基于离心台的惯性测量单元全量程加速度标校方法 |
CN113984090A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-28 | 北京科技大学 | 一种轮式机器人imu误差在线标定与补偿方法及装置 |
CN114088118A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-02-25 | 北京理工大学 | 一种正反转法mems陀螺仪标定补偿方法 |
CN114199280A (zh) * | 2021-12-10 | 2022-03-18 | 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 | 微惯性测量组件的批量化标定与误差补偿***及方法 |
CN115655272A (zh) * | 2022-12-28 | 2023-01-31 | 湖南天羿领航科技有限公司 | 基于mems加速度计零偏和标度因数的温度补偿方法及*** |
CN115752508A (zh) * | 2022-11-14 | 2023-03-07 | 北京自动化控制设备研究所 | 微机电惯性***高阶耦合误差补偿模型及方法 |
CN115950456A (zh) * | 2023-03-13 | 2023-04-11 | 北京航空航天大学 | 一种基于陀螺仪角速率测量的加速度计标定方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102221372A (zh) * | 2011-03-25 | 2011-10-19 | 北京航空航天大学 | 使用离心机和转台对惯性测量单元进行误差标定的方法 |
CN102589573A (zh) * | 2012-02-09 | 2012-07-18 | 黑龙江省博凯科技开发有限公司 | 微型组合导航***中的传感器野外标定方法 |
CN102841218A (zh) * | 2012-08-21 | 2012-12-26 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于双轴离心机的陀螺加速度计测试方法 |
CN103196462A (zh) * | 2013-02-28 | 2013-07-10 | 南京航空航天大学 | 一种mimu中mems陀螺仪的误差标定补偿方法 |
US20130211764A1 (en) * | 2012-02-14 | 2013-08-15 | Christoph Steiner | Auto-calibration of acceleration sensors |
CN104133081A (zh) * | 2014-07-31 | 2014-11-05 | 工业和信息化部电子第五研究所 | 加速度计性能参数的检测方法和*** |
CN104897171A (zh) * | 2015-06-05 | 2015-09-09 | 立得空间信息技术股份有限公司 | 全温一体化惯性测量单元标定方法 |
CN105910626A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-08-31 | 重庆华渝电气集团有限公司 | 挠性陀螺测斜仪寻北全温标定补偿方法 |
-
2018
- 2018-03-09 CN CN201810194768.5A patent/CN108534800B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102221372A (zh) * | 2011-03-25 | 2011-10-19 | 北京航空航天大学 | 使用离心机和转台对惯性测量单元进行误差标定的方法 |
CN102589573A (zh) * | 2012-02-09 | 2012-07-18 | 黑龙江省博凯科技开发有限公司 | 微型组合导航***中的传感器野外标定方法 |
US20130211764A1 (en) * | 2012-02-14 | 2013-08-15 | Christoph Steiner | Auto-calibration of acceleration sensors |
CN102841218A (zh) * | 2012-08-21 | 2012-12-26 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于双轴离心机的陀螺加速度计测试方法 |
CN103196462A (zh) * | 2013-02-28 | 2013-07-10 | 南京航空航天大学 | 一种mimu中mems陀螺仪的误差标定补偿方法 |
CN104133081A (zh) * | 2014-07-31 | 2014-11-05 | 工业和信息化部电子第五研究所 | 加速度计性能参数的检测方法和*** |
CN104897171A (zh) * | 2015-06-05 | 2015-09-09 | 立得空间信息技术股份有限公司 | 全温一体化惯性测量单元标定方法 |
CN105910626A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-08-31 | 重庆华渝电气集团有限公司 | 挠性陀螺测斜仪寻北全温标定补偿方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
代刚等: "微惯性测量单元的误差整机标定和补偿", 《光学精密工程》 * |
孙婷婷: "全捷联制导***关键技术研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 * |
张百强: "中短程捷联惯导/GNSS导航***关键技术研究", 《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》 * |
Cited By (38)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109211279A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-01-15 | 中国兵器工业集团第二四研究所苏州研发中心 | 一种用于mimu陀螺仪非线性度自动标定的***与方法 |
CN109211278A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-01-15 | 中国兵器工业集团第二四研究所苏州研发中心 | 一种mimu加速度计非线性度自动标定的***与方法 |
CN109163736B (zh) * | 2018-11-12 | 2020-06-30 | 西安微电子技术研究所 | 一种光纤imu全温标定补偿方法 |
CN109163736A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-01-08 | 西安微电子技术研究所 | 一种光纤imu全温标定补偿方法 |
CN110207724A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-09-06 | 苏州邈航科技有限公司 | Imu阵列式全温标定方法及标定装置 |
CN110823216A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-02-21 | 上海航天控制技术研究所 | 一种用于惯导的自适应加速度计温度补偿方法 |
CN110823216B (zh) * | 2019-10-29 | 2022-01-28 | 上海航天控制技术研究所 | 一种用于惯导的自适应加速度计温度补偿方法 |
CN111351507A (zh) * | 2020-04-20 | 2020-06-30 | 北京理工导航控制科技有限公司 | 一种利用单轴温箱转台对多个三轴陀螺同时标定的方法 |
CN111664868A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-09-15 | 北京航天时代光电科技有限公司 | 一种单轴陀螺安装误差标定与补偿的方法 |
CN112729333A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-04-30 | 北京仿真中心 | 一种适用于硅微陀螺仪的分段多项式数字温度补偿方法 |
CN112683303A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-04-20 | 西安航天三沃机电设备有限责任公司 | 一种惯性测量单元陀螺位置补偿方法 |
CN112683303B (zh) * | 2020-11-30 | 2022-12-06 | 西安航天三沃机电设备有限责任公司 | 一种惯性测量单元陀螺位置补偿方法 |
CN112578148B (zh) * | 2020-12-07 | 2023-03-14 | 北京中弘泰科科技有限公司 | 一种mems加速度计的高精度温度补偿方法 |
CN112578148A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-03-30 | 北京中弘泰科科技有限公司 | 一种mems加速度计的高精度温度补偿方法 |
CN112595348B (zh) * | 2020-12-16 | 2023-11-10 | 南京理工大学 | 用于商用车驾驶智能的imu数据标定***及标定方法 |
CN112595348A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-04-02 | 南京理工大学 | 用于商用车驾驶智能的imu数据标定***及标定方法 |
CN113091768A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-07-09 | 南京理工大学 | 一种mimu整体动态智能标定补偿方法 |
CN113091768B (zh) * | 2021-03-12 | 2024-04-12 | 南京理工大学 | 一种mimu整体动态智能标定补偿方法 |
CN113062721B (zh) * | 2021-03-15 | 2022-11-18 | 重庆工程学院 | 一种勘探用测井仪的全温补偿方法及*** |
CN113062721A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-07-02 | 重庆工程学院 | 一种勘探用测井仪的全温补偿方法及*** |
CN113624259A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-09 | 湖南科众兄弟科技有限公司 | 一种mems惯组的标定方法 |
CN113624259B (zh) * | 2021-08-23 | 2023-08-08 | 湖南科众兄弟科技有限公司 | 一种mems惯组的标定方法 |
CN113916256A (zh) * | 2021-09-03 | 2022-01-11 | 北京自动化控制设备研究所 | 三轴mems陀螺组合惯性测量单元标定方法 |
CN113916256B (zh) * | 2021-09-03 | 2023-09-12 | 北京自动化控制设备研究所 | 三轴mems陀螺组合惯性测量单元标定方法 |
CN113945227B (zh) * | 2021-09-13 | 2024-04-23 | 西安航天三沃机电设备有限责任公司 | 一种基于离心台的惯性测量单元全量程加速度标校方法 |
CN113945227A (zh) * | 2021-09-13 | 2022-01-18 | 西安航天三沃机电设备有限责任公司 | 一种基于离心台的惯性测量单元全量程加速度标校方法 |
CN113720357B (zh) * | 2021-09-16 | 2024-05-31 | 北京控制工程研究所 | 一种3s光纤imu真空全温条件下陀螺标度因数标定及补偿方法 |
CN113720357A (zh) * | 2021-09-16 | 2021-11-30 | 北京控制工程研究所 | 一种3s光纤imu真空全温条件下陀螺标度因数标定及补偿方法 |
CN113984090A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-28 | 北京科技大学 | 一种轮式机器人imu误差在线标定与补偿方法及装置 |
CN113984090B (zh) * | 2021-10-25 | 2023-07-04 | 北京科技大学 | 一种轮式机器人imu误差在线标定与补偿方法及装置 |
CN114088118B (zh) * | 2021-12-08 | 2024-04-05 | 北京理工大学 | 一种正反转法mems陀螺仪标定补偿方法 |
CN114088118A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-02-25 | 北京理工大学 | 一种正反转法mems陀螺仪标定补偿方法 |
CN114199280A (zh) * | 2021-12-10 | 2022-03-18 | 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 | 微惯性测量组件的批量化标定与误差补偿***及方法 |
CN115752508A (zh) * | 2022-11-14 | 2023-03-07 | 北京自动化控制设备研究所 | 微机电惯性***高阶耦合误差补偿模型及方法 |
CN115752508B (zh) * | 2022-11-14 | 2024-02-06 | 北京自动化控制设备研究所 | 微机电惯性***高阶耦合误差补偿模型及方法 |
CN115655272A (zh) * | 2022-12-28 | 2023-01-31 | 湖南天羿领航科技有限公司 | 基于mems加速度计零偏和标度因数的温度补偿方法及*** |
CN115950456B (zh) * | 2023-03-13 | 2023-05-05 | 北京航空航天大学 | 一种基于陀螺仪角速率测量的加速度计标定方法 |
CN115950456A (zh) * | 2023-03-13 | 2023-04-11 | 北京航空航天大学 | 一种基于陀螺仪角速率测量的加速度计标定方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108534800B (zh) | 2021-10-26 |
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