微慣性測量組合單元的快速自標(biāo)定方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微慣性測量組合單元的快速自標(biāo)定方法及裝置，其中，該方法包括：獲取微慣性測量組合單元旋轉(zhuǎn)至不同位置的實(shí)時數(shù)據(jù)信息；利用3σ法對實(shí)時數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理得到新的數(shù)據(jù)信息；建立微慣性測量組合單元誤差模型；通過Levenberg?Marquard算法和微慣性測量組合單元誤差模型，對新的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解算，得到微慣性測量組合單元的各個誤差項(xiàng)。該方法能夠滿足現(xiàn)場標(biāo)定需求，降低微慣性測量組合單元的標(biāo)定成本，進(jìn)一步提高標(biāo)定精度。
【專利說明】
微慣性測量組合單元的快速自標(biāo)定方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及慣性測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微慣性測量組合單元的快速自標(biāo)定 方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 微慣性測量單元包括三軸微機(jī)械陀螺儀和三軸微機(jī)械加速度計，三軸微機(jī)械陀螺 和三軸微機(jī)械加速度進(jìn)分別正交安裝在固定基座上，經(jīng)過信號處理、補(bǔ)償單元和接口電路， 輸出三軸角速度和加速度，形成微慣性測量單元，能夠輸出三軸角速度和三軸加速度。
[0003] 微型慣性測量單元因其因其具有體積小、重量輕、壽命長、可靠性高、成本低和適 應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以提供運(yùn)動載體的位置、速度和姿態(tài)信息，在姿態(tài)測控技術(shù)領(lǐng)域具 有廣闊的應(yīng)用前景。開展基于的工的研究工作具有十分重要的意義，但仍存在一些問題需 要進(jìn)一步解決。微慣性測量元件一微加速度計和微陀螺儀的精度決定微慣性測量組合單元 的測量精度，因此通過使用前對微慣性測量組合單元進(jìn)行標(biāo)定具有重要意義，可確定其中 各個慣性傳感器的零偏誤差、標(biāo)度系數(shù)等參數(shù)。
[0004] 傳統(tǒng)標(biāo)定微慣性測量組合單元的方法需要借助高精度三軸轉(zhuǎn)臺提供基準(zhǔn)，對轉(zhuǎn)臺 精度要求高，需要較長的標(biāo)定時間，花費(fèi)較高，且無法在實(shí)驗(yàn)室以外對微慣性測量組合進(jìn)行 標(biāo)定，不能滿足現(xiàn)場標(biāo)定的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的旨在至少在一定程度上解決上述的技術(shù)問題之一。
[0006] 為此，本發(fā)明的第一個目的在于提出一種微慣性測量組合單元的快速自標(biāo)定方 法。該方法能夠滿足現(xiàn)場標(biāo)定需求，降低微慣性測量組合單元的標(biāo)定成本，進(jìn)一步提高標(biāo)定 精度。
[0007] 本發(fā)明的第二個目的在于提出了一種微慣性測量組合單元的快速自標(biāo)定裝置。 [0008]為達(dá)上述目的，本發(fā)明第一方面實(shí)施例的微慣性測量組合單元的快速自標(biāo)定方 法，包括以下步驟:獲取微慣性測量組合單元旋轉(zhuǎn)至不同位置的實(shí)時數(shù)據(jù)信息;利用3cr法對 實(shí)時數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理得到新的數(shù)據(jù)信息；建立微慣性測量組合單元誤差模型；通過 Levenberg-Marquard算法和微慣性測量組合單元誤差模型，對新的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解算，得 到微慣性測量組合單元的各個誤差項(xiàng)。
[0009] 本發(fā)明實(shí)施例的微慣性測量組合單元的快速自標(biāo)定方法，首先獲取微慣性測量組 合單元旋轉(zhuǎn)至不同位置的實(shí)時數(shù)據(jù)信息，接著對實(shí)時數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理得到新的數(shù)據(jù)信 息，并建立微慣性測量組合單元誤差模型，最后通過Levenberg-Marquard算法和微慣性測 量組合單元誤差模型，對新的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解算，得到微慣性測量組合單元的各個誤差項(xiàng)。 該方法能夠滿足現(xiàn)場標(biāo)定需求，降低微慣性測量組合單元的標(biāo)定成本，進(jìn)一步提高標(biāo)定精 度。
[0010] 在一些示例中，所述利用3CT法對所述實(shí)時數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理得到新的數(shù)據(jù)信息具 體包括:計算所述實(shí)時數(shù)據(jù)信息的均值為L ^和i ;計算所述實(shí)時數(shù)據(jù)信息的殘差為vfl. = .*,-i、 4；和心=A - 計算所述實(shí)時數(shù)據(jù)信息的標(biāo)準(zhǔn)差為

?，如果所述實(shí)時數(shù)據(jù)信息中的測量值Xd(l<d< n )、y d ( 1彡d彡n )和z d ( 1彡d彡n )的殘差分別滿足：|~-歹| > 3.(7；、_^ 1 > 3%,和 zrf.-z >3〇；，則為異常值并去除。
[0011] 在一些示例中，所述建立微慣性測量組合單元誤差模型包括:所述微慣性測量組 合單元的微機(jī)械加速度計和微機(jī)械陀螺儀建立誤差模型；其中，所述微機(jī)械加速度計的測 量模型為:f = SaNaa+ba+e a，其中，f為加速度計的測量值，a為加速度輸入，1^為加速度計的零 偏，Sa為加速度計的標(biāo)度因數(shù)，N a為加速度計的安裝對準(zhǔn)系數(shù)，ea為加速度計的測量噪聲;所 述微機(jī)械陀螺儀的測量模型為：《g = SgNg?+bg+eg，其中《g為陀螺儀的測量值，《為角速度 輸入，bg為陀螺儀的零偏，S g為陀螺儀的標(biāo)度因數(shù)，Ng為陀螺儀的安裝對準(zhǔn)系數(shù)，^為陀螺儀 的測量噪聲。
[0012] 一勝1tk例中，所述Levenberg-Marquard算法的數(shù)學(xué)模型為
其中，S為自變量，gk為梯度，Gk為Hesse矩陣和hk為第k次迭 代的信賴域半徑。
[0013] 在一些示例中，所述的快速自標(biāo)定方法，還包括:對所述各個誤差項(xiàng)進(jìn)行分析補(bǔ) 償。
[0014]為達(dá)上述目的，本發(fā)明第二方面實(shí)施例的微慣性測量組合單元的快速自標(biāo)定裝 置，包括:獲取模塊，用于獲取微慣性測量組合單元旋轉(zhuǎn)至不同位置的實(shí)時數(shù)據(jù)信息;處理 模塊，用于利用3cr法對所述實(shí)時數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理得到新的數(shù)據(jù)信息;建立模塊，用于建立 微慣性測量組合單元誤差模型;解算模塊，用于通過Levenberg-Marquard算法和所述微慣 性測量組合單元誤差模型，對所述新的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解算，得到所述微慣性測量組合單元 的各個誤差項(xiàng)。
[0015] 本發(fā)明實(shí)施例的微慣性測量組合單元的快速自標(biāo)定裝置，首先獲取模塊獲取微慣 性測量組合單元旋轉(zhuǎn)至不同位置的實(shí)時數(shù)據(jù)信息，接著處理模塊對實(shí)時數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理 得到新的數(shù)據(jù)信息，并且建立模塊建立微慣性測量組合單元誤差模型，最后解算模塊通過 Levenberg-Marquard算法和微慣性測量組合單元誤差模型，對新的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解算，得 到微慣性測量組合單元的各個誤差項(xiàng)。該裝置能夠滿足現(xiàn)場標(biāo)定需求，降低微慣性測量組 合單元的標(biāo)定成本，進(jìn)一步提高標(biāo)定精度。
[0016] 在一些示例中，所述處理模塊具體用于:計算所述實(shí)時數(shù)據(jù)信息的均值為^和 ^計算所述實(shí)時數(shù)據(jù)信息的殘差為仏=，-L v" = J, -^和&二z,. -L計算所述實(shí)時數(shù)據(jù) 信息的標(biāo)準(zhǔn)差為I
:如果 所述實(shí)時數(shù)據(jù)信息中的測量值Xd(l彡d彡n)、yd(l彡d彡n)和Zd(l彡d彡n)的殘差分別滿足： 丨％ ―勻> 3(7,.、卜-)，| > 3〇v和卜-z| > 3〇;，則為異常值并去除。
[0017] 在一些示例中，所述建立模塊進(jìn)一步包括:所述微慣性測量組合單元的微機(jī)械加 速度計和微機(jī)械陀螺儀建立誤差模型;其中，所述微機(jī)械加速度計的測量模型為:f = SaNaa+ ba+ea，其中，f為加速度計的測量值，a為加速度輸入，ba為加速度計的零偏，S a為加速度計的 標(biāo)度因數(shù)，Na為加速度計的安裝對準(zhǔn)系數(shù)，ea為加速度計的測量噪聲;所述微機(jī)械陀螺儀的 測量模型為：《g = SgNg?+bg+eg，其中《g為陀螺儀的測量值，《為角速度輸入，bg為陀螺儀 的零偏，S g為陀螺儀的標(biāo)度因數(shù)，Ng為陀螺儀的安裝對準(zhǔn)系數(shù)，^為陀螺儀的測量噪聲。
[0018] 在一些示例中，所述Levenberg-Marquard算法的數(shù)學(xué)模型為
，其中，S為自變量，gk為梯度，Gk為Hesse矩陣和hk為第k次迭 代的信顆域半社。
[0019] 在一些示例中，所述的快速自標(biāo)定裝置還包括:分析補(bǔ)償模塊，用于對所述各個誤 差項(xiàng)進(jìn)行分析補(bǔ)償。
[0020] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0021] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得 明顯和容易理解，其中：
[0022] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的微慣性測量組合單元的快速自標(biāo)定方法的流程 圖；
[0023] 圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的微慣性測量組合單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的微慣性測量組合單元快速自標(biāo)定方法與傳統(tǒng)標(biāo)定 方法位置補(bǔ)償后對比圖；
[0025] 圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的微慣性測量組合單元快速自標(biāo)定方法與傳統(tǒng)標(biāo)定 方法角度補(bǔ)償后對比圖；
[0026] 圖5根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的微慣性測量組合單元的快速自標(biāo)定裝置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0028] 通過設(shè)計不同的翻轉(zhuǎn)位置，翻轉(zhuǎn)角度，翻轉(zhuǎn)順序，結(jié)合微慣性測量單元靜止或者恒 定角速度輸入時，三軸微慣性加速度計和三軸微慣性陀螺儀輸出矢量和存在恒等式關(guān)系。 通過多個位置的翻轉(zhuǎn)，使用數(shù)值解算方法，解算方程，得出微慣性測量組合各項(xiàng)誤差參數(shù)。
[0029] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的微慣性測量組合單元的快速自標(biāo)定方法的流程 圖。
[0030] 如圖1所示，該微慣性測量組合單元的快速自標(biāo)定方法可以包括：
[0031]在步驟101中，獲取微慣性測量組合單元旋轉(zhuǎn)至不同位置的實(shí)時數(shù)據(jù)信息。
[0032]具體地，將微慣性測量組合單元固定在專用工裝六面體夾具上，保證不發(fā)生相對 移動，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集微慣性測量組合單元在翻轉(zhuǎn)至不同位置的實(shí)時數(shù)據(jù)信息。 [0033]需要說明的是，確定連接數(shù)據(jù)采集單元、上位機(jī)、接插件等，檢查線路是否正確，檢 查無誤后系統(tǒng)上電。按照預(yù)設(shè)翻轉(zhuǎn)位置、翻轉(zhuǎn)角度、翻轉(zhuǎn)順序，對微慣性測量組合單元進(jìn)多 次翻轉(zhuǎn)。同時為保證數(shù)據(jù)輸出量和數(shù)據(jù)輸出準(zhǔn)確性，保證在每個位置上，數(shù)據(jù)采集3分鐘以 上，保存在每個位置上的微慣性組合單元輸出數(shù)據(jù)。
[0034] 下面結(jié)合表1具體說明微慣性測量組合單元快速標(biāo)定翻轉(zhuǎn)路徑。如表1所示：
[0035] 表1微慣性測量組合單元快速標(biāo)定翻轉(zhuǎn)路徑

[0038]更具體地，能夠高速采集微慣性測量組合單元在不同位置的實(shí)時數(shù)據(jù)信息的輸 出。
[0039] 為了本領(lǐng)域人員更加了解微慣性測量組合單元，下面結(jié)合圖2具體說明。如圖2所 示，包括三軸微機(jī)械陀螺儀和三軸微機(jī)械加速度計，三軸微機(jī)械陀螺和三軸微機(jī)械加速度 進(jìn)分別正交安裝在固定基座上，經(jīng)過信號處理、補(bǔ)償單元和接口電路，輸出三軸角速度和加 速度，形成微慣性測量單元，能夠輸出三軸角速度和三軸加速度。
[0040] 在步驟102中，利用3〇法對實(shí)時數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理得到新的數(shù)據(jù)信息。
[0041] 具體地，計算實(shí)時數(shù)據(jù)信息的均值為L孓和^計算實(shí)時數(shù)據(jù)信息的殘差為 心=七-^、Wv,__ 和f 4 - 2 ;計算實(shí)時數(shù)據(jù)信息的標(biāo)準(zhǔn)差為

:如果實(shí)時數(shù)據(jù)信息中的測量值Xd(l<d彡n)、yd (1 <d<n)和zd( 1 <d<n)的殘差分別滿足:-勻 > 3。、-習(xí) > 3<Jr 和卜-I! > 30；，則 為異常值并去除。
[0042] 在步驟103中，建立微慣性測量組合單元誤差模型。
[0043] 具體地，分別對微慣性測量組合單元的微加速度計和微陀螺儀建立誤差模型，如 下：
[0044]微機(jī)械加速度計的測量模型為:f = S具a+ba+ea。
[0045]其中，f?為加速度計的測量值，a為加速度輸入，ba為加速度計的零偏，Sa為加速度計 的標(biāo)度因數(shù)，Na為加速度計的安裝對準(zhǔn)系數(shù)，ea為加速度計的測量噪聲。
[0046]微機(jī)械陀螺儀的測量模型為：《g = SgNg? +bg+eg。
[0047]其中，《g為陀螺儀的測量值，《為角速度輸入，bg為陀螺儀的零偏，Sg為陀螺儀的 標(biāo)度因數(shù)，Ng為陀螺儀的安裝對準(zhǔn)系數(shù)，eg為陀螺儀的測量噪聲。通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，由微慣性測 量單元輸出求得本體角速度和加速度，如公式(1)和(2)所示：
[0050] KjPKg分別表達(dá)了加速度計組合和陀螺儀組合的標(biāo)度因數(shù)和安裝對準(zhǔn)關(guān)系，陀螺 儀和加速度計的敏感軸與本體坐標(biāo)系軸之間的角度為小角度，則
[0051] 〇 oT1 [心心c 1 [ & c f H 尤心 0 Ke= SJ^ stv s^,: = SJ：X sev -SJI ._心尤 K I」， [ssM, sg^. &」L-t# ssm sg:
[0052] ，其中為本體坐標(biāo)系第i軸與加速度計組合第j軸的對準(zhǔn)誤差角，f為本體坐標(biāo) 系第i軸與陀螺儀組合第j軸的對準(zhǔn)誤差角。￡〇和《〇分別表達(dá)了加速度計組合和陀螺儀組合 p-1 卜： 的零偏效應(yīng)：f<J=K(, ，％二Kg ^ U和％分別表達(dá)了加速度計組合和陀螺儀組合 人」 ~ 的噪聲效應(yīng)。
[0053] 在步驟104中，通過Levenberg-Marquard算法和微慣性測量組合單元誤差模型，對 新的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解算，得到微慣性測量組合單元的各個誤差項(xiàng)。
[0054] 具體地，在微慣性測量單元靜止或者恒定角速度輸入時，存在恒等式關(guān)系，如公式 (3)和(4)所示：
[0055] 叫.'2 十叫./+辦_]二 <y/(cos26^ + cos2^ + (3)
[0056] g'.: +g,.2 :=g2(cos26>" + cos2，，+ cos2爐J 三g2 (4)
[0057] 其中，g為重力加速度值，gx、gy和gz分別為三軸加速度計的加速度輸入，0 a、丫3和灼 分別為三軸加速度計理想敏感軸與重力矢量的夾角。為角速度輸入值，《rx、《 ry和 分別為三軸陀螺儀的角速度輸入，9g、Y g和K分別為三軸陀螺儀理想敏感軸與角速度輸入 矢量的夾角。
[0058] 根據(jù)微慣性測量組合誤差模型，結(jié)合微慣性測量組合單元恒等式，對于多次翻轉(zhuǎn) N 技 求解誤差項(xiàng)，即求解：釋2|和/(K,,，f。) = argmin^|(aA)T W M. n=l 優(yōu)解。
[0059] 采用Levenberg-Marquard算法，求解改非線性方程組最優(yōu)值。LM算法的數(shù)學(xué)模型 為
.，結(jié)合LM的數(shù)學(xué)模型，按照以下步驟求解該非線性最優(yōu)問 題:從初始點(diǎn)xo，li()>0開始迭代，到第K步時，計算xk和yk;分解矩陣Gk+wJ，若不正定，令yk = 4 Pk并重復(fù)到正定為止;解線性方程組(Gk+wJ) sk = _gk出sk并計算rk;若rk〈0 ? 25，令yk+i = 4此； 若rk>0.75,令yk+i = yk/2;若0.25彡rk彡0.75,令yk+i = yk，若rk彡0,說明函數(shù)值是向著上升 而非下降的趨勢變化了（與最優(yōu)化的目標(biāo)相反），則另xk+i = xk，并與rk〈0.25的情況一樣對yk 進(jìn)行處理。反之，在rk>0的情況下，xk+i = xk+sk。當(dāng)| | gk| | <e，其中e是一個指定的小正數(shù)，當(dāng) 接近極小值點(diǎn)時，迭代點(diǎn)的梯度趨于〇。
[0060] 需要說明的是，Levenberg-Marquard算法是為了得到最優(yōu)解而使用的一種數(shù)值解 算方法，其中，算法實(shí)現(xiàn)過程比較復(fù)雜?？梢岳斫獾氖?，第一個式子就是我們用于模擬目標(biāo) 函數(shù)的二次模型(最優(yōu)解），其自變量為s，gk梯度，Gk是Hesse矩陣，第二個式子中的hk是第k 次迭代的信賴域上界(或稱為信賴域半徑），因此第二個式子表示的就是位移要在信賴域上 界范圍內(nèi)。此外，第二個式子中的范數(shù)是沒有指定是什么范數(shù)。
[0061] 為確保最優(yōu)問題的解唯一，翻轉(zhuǎn)位置數(shù)應(yīng)不少于待定系數(shù)的個數(shù)，增加翻轉(zhuǎn)位置 數(shù)可以提高解的精度，與傳統(tǒng)標(biāo)定方法不同，這些位置不需要嚴(yán)格對準(zhǔn)。
[0062] 為了本領(lǐng)域人員更加了解本發(fā)明實(shí)施例的微慣性測量組合單元快速自標(biāo)定方法 的結(jié)果，下面結(jié)合圖3和圖4具體說明。
[0063] 如圖3根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的微慣性測量組合單元快速自標(biāo)定方法與傳統(tǒng)標(biāo)定 方法位置補(bǔ)償后對比圖所示，可以看出，本發(fā)明提出的微慣性測量組合單元快速自標(biāo)定方 法的結(jié)果與傳統(tǒng)標(biāo)定方法位置補(bǔ)償后的結(jié)果的誤差是非常小的。
[0064] 如圖4根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的微慣性測量組合單元快速自標(biāo)定方法與傳統(tǒng)標(biāo)定 方法角度補(bǔ)償后對比圖所示，可以看出，本發(fā)明提出的微慣性測量組合單元快速自標(biāo)定方 法的結(jié)果與傳統(tǒng)標(biāo)定方法角度補(bǔ)償后的結(jié)果的誤差是非常小的。
[0065] 在步驟105中，對各個誤差項(xiàng)進(jìn)行分析補(bǔ)償。
[0066] 本發(fā)明實(shí)施例的微慣性測量組合單元的快速自標(biāo)定方法，首先獲取微慣性測量組 合單元旋轉(zhuǎn)至不同位置的實(shí)時數(shù)據(jù)信息，接著對實(shí)時數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理得到新的數(shù)據(jù)信 息，并建立微慣性測量組合單元誤差模型，最后通過Levenberg-Marquard算法和微慣性測 量組合單元誤差模型，對新的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解算，得到微慣性測量組合單元的各個誤差項(xiàng)。 該方法能夠滿足現(xiàn)場標(biāo)定需求，降低微慣性測量組合單元的標(biāo)定成本，進(jìn)一步提高標(biāo)定精 度。
[0067] 與上述實(shí)施例提供的微慣性測量組合單元的快速自標(biāo)定方法相對應(yīng)，本發(fā)明的一 種實(shí)施例還提供一種抑制次同步諧振的控制微慣性測量組合單元的快速自標(biāo)定裝置，由于 本發(fā)明實(shí)施例提供的微慣性測量組合單元的快速自標(biāo)定裝置與上述實(shí)施例提供的微慣性 測量組合單元的快速自標(biāo)定方法具有相同或相似的技術(shù)特征，因此在前述微慣性測量組合 單元的快速自標(biāo)定方法的實(shí)施方式也適用于本實(shí)施例提供的微慣性測量組合單元的快速 自標(biāo)定裝置，在本實(shí)施例中不再詳細(xì)描述。如圖5所示，該微慣性測量組合單元的快速自標(biāo) 定裝置可包括:獲取模塊1 〇、處理模塊20、建立模塊30和解算模塊40。
[0068] 其中，獲取模塊10用于獲取微慣性測量組合單元旋轉(zhuǎn)至不同位置的實(shí)時數(shù)據(jù)信 息。
[0069]具體地，將微慣性測量組合單元固定在專用工裝六面體夾具上，保證不發(fā)生相對 移動，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集微慣性測量組合單元在翻轉(zhuǎn)至不同位置的實(shí)時數(shù)據(jù)信息。 [0070]處理模塊20用于利用3CT法對實(shí)時數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理得到新的數(shù)據(jù)信息。
[0071 ]建立模塊30用于建立微慣性測量組合單元誤差模型。
[0072] 解算模塊40用于通過Levenberg-Marquard算法和微慣性測量組合單元誤差模型， 對新的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解算，得到微慣性測量組合單元的各個誤差項(xiàng)。
[0073]在一些示例中，處理模塊20具體用于:計算實(shí)時數(shù)據(jù)信息的均值為1、^和I。計算 實(shí)時數(shù)據(jù)信息的殘差為心x_、和I -2。計算實(shí)時數(shù)據(jù)信息的標(biāo)準(zhǔn)差為
。如果實(shí)時數(shù)據(jù)信息中 的測量值xd ( K cKn)、yd ( K cKn)和zd ( KcKn)的殘差分別滿足：|xd -x| > 3(7,、 J廠J'| > 30；和卜-z| > 3<7_，則為異常值并去除。
[0074]在一些示例中，建立模塊30進(jìn)一步包括:微慣性測量組合單元的微機(jī)械加速度計 和微機(jī)械陀螺儀建立誤差模型；其中，微機(jī)械加速度計的測量模型為:f = SaNaa+ba+ea，其 中，f為加速度計的測量值，a為加速度輸入，b a為加速度計的零偏，Sa為加速度計的標(biāo)度因 數(shù)，1為加速度計的安裝對準(zhǔn)系數(shù)，^為加速度計的測量噪聲。微機(jī)械陀螺儀的測量模型為： w g = SgNg ? +bg+ eg，其中《 g為陀螺儀的測量值，《為角速度輸入，bg為陀螺儀的零偏，Sg為陀 螺儀的標(biāo)度因數(shù)，N g為陀螺儀的安裝對準(zhǔn)系數(shù)，^為陀螺儀的測量噪聲。
[0075] 在一些示例中，Levenberg-Marquard算法的數(shù)學(xué)模型為
，其 中，S為自變量，gk為梯度，Gk為Hesse矩陣和hk為第k次迭代的信賴域半徑。
[0076]在一些示例中，快速自標(biāo)定裝置還包括:分析補(bǔ)償模塊50用于對各個誤差項(xiàng)進(jìn)行 分析補(bǔ)償。
[0077] 本發(fā)明實(shí)施例的微慣性測量組合單元的快速自標(biāo)定裝置，首先獲取模塊獲取微慣 性測量組合單元旋轉(zhuǎn)至不同位置的實(shí)時數(shù)據(jù)信息，接著處理模塊對實(shí)時數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理 得到新的數(shù)據(jù)信息，并且建立模塊建立微慣性測量組合單元誤差模型，最后解算模塊通過 Levenberg-Marquard算法和微慣性測量組合單元誤差模型，對新的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解算，得 到微慣性測量組合單元的各個誤差項(xiàng)。該裝置能夠滿足現(xiàn)場標(biāo)定需求，降低微慣性測量組 合單元的標(biāo)定成本，進(jìn)一步提高標(biāo)定精度。
[0078] 在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能 理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有"第 一"、"第二"的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發(fā)明的描述中，"多個" 的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。
[0079] 在本說明書的描述中，參考術(shù)語"一個實(shí)施例"、"一些實(shí)施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特 點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不 必須針對的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任 一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技 術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié) 合和組合。
[0080] 流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括 一個或更多個用于實(shí)現(xiàn)特定邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部 分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的范圍包括另外的實(shí)現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的順 序，包括根據(jù)所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，這應(yīng)被本發(fā)明 的實(shí)施例所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
[0081] 盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例 性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述 實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種微慣性測量組合單元的快速自標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下步驟： 獲取微慣性測量組合單元旋轉(zhuǎn)至不同位置的實(shí)時數(shù)據(jù)信息； 利用30-法對所述實(shí)時數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理得到新的數(shù)據(jù)信息； 建立微慣性測量組合單元誤差模型； 通過Levenberg-Marquard算法和所述微慣性測量組合單元誤差模型，對所述新的數(shù)據(jù) 信息進(jìn)行解算，得到所述微慣性測量組合單元的各個誤差項(xiàng)。2. 如權(quán)利要求1所述的快速自標(biāo)定方法，其特征在于，所述利用3(τ法對所述實(shí)時數(shù)據(jù)信 息進(jìn)行處理得到新的數(shù)據(jù)信息具體包括： 計算所述實(shí)時數(shù)據(jù)信息的均值為$、7和乙 計算所述實(shí)時數(shù)據(jù)信息的殘差為t Λ、. 1^.=艽-J和V.a. 計算所述實(shí)時數(shù)據(jù)信息的標(biāo)準(zhǔn)差為如果所述實(shí)時數(shù)據(jù)信息中的測量值xd(Kd<n)、yd(KcKn)和zd(KcKn)的殘差分 別滿足:1? -對、1? -_y| >3%和1? ->3σζ，則為異常值并去除。3. 如權(quán)利要求1所述的快速自標(biāo)定方法，其特征在于，所述建立微慣性測量組合單元誤 差模型包括:所述微慣性測量組合單元的微機(jī)械加速度計和微機(jī)械陀螺儀建立誤差模型； 其中， 所述微機(jī)械加速度計的測量模型為:f = SaNaa+ba+ea，其中，f為加速度計的測量值，a為 加速度輸入，ba為加速度計的零偏，Sa為加速度計的標(biāo)度因數(shù)，Na為加速度計的安裝對準(zhǔn)系 數(shù)，e a為加速度計的測量噪聲； 所述微機(jī)械陀螺儀的測量模型為：《8 = 38心〇+68+￡8，其中〇^為陀螺儀的測量值，(〇為 角速度輸入，bg為陀螺儀的零偏，Sg為陀螺儀的標(biāo)度因數(shù)，Ng為陀螺儀的安裝對準(zhǔn)系數(shù)，^為 陀螺儀的測量噪聲。4. 如權(quán)利要求1所述的快速自標(biāo)定方法，其特征在于，所述Levenberg-Marquard算法的 數(shù)學(xué)模型為，其中，S為自變量，gk為梯度，Gk為Hesse矩陣和h k 為第k次迭代的信賴域半徑。5. 如權(quán)利要求1所述的快速自標(biāo)定方法，其特征在于，還包括:對所述各個誤差項(xiàng)進(jìn)行 分析補(bǔ)償。6. -種微慣性測量組合單元的快速自標(biāo)定裝置，其特征在于，包括： 獲取模塊，用于獲取微慣性測量組合單元旋轉(zhuǎn)至不同位置的實(shí)時數(shù)據(jù)信息； 處理模塊，用于利用3(τ法對所述實(shí)時數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理得到新的數(shù)據(jù)信息； 建立模塊，用于建立微慣性測量組合單元誤差模型； 解算模塊，用于通過Levenberg-Marquard算法和所述微慣性測量組合單元誤差模型， 對所述新的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解算，得到所述微慣性測量組合單元的各個誤差項(xiàng)。7. 如權(quán)利要求6所述的快速自標(biāo)定裝置，其特征在于，所述處理模塊具體用于： 計算所述實(shí)時數(shù)據(jù)信息的均值為I、?和 計算所述實(shí)時數(shù)據(jù)信息的殘差為X、V.,, 和-2; 計算所述實(shí)時數(shù)據(jù)信息的標(biāo)準(zhǔn)差為如果所述實(shí)時數(shù)據(jù)信息中的測量值xd(Kd<n)、yd(KcKn)和zd(KcKn)的殘差分 別滿足:1? -勻> 3σ、ι、卜-j| > 3σ,.和|zrf -ζ| > 3σ-，則為異常值并去除。8. 如權(quán)利要求6所述的快速自標(biāo)定裝置，其特征在于，所述建立模塊進(jìn)一步包括:所述 微慣性測量組合單元的微機(jī)械加速度計和微機(jī)械陀螺儀建立誤差模型;其中， 所述微機(jī)械加速度計的測量模型為:f = SaNaa+ba+ea，其中，f為加速度計的測量值，a為 加速度輸入，ba為加速度計的零偏，Sa為加速度計的標(biāo)度因數(shù)，Na為加速度計的安裝對準(zhǔn)系 數(shù)，e a為加速度計的測量噪聲； 所述微機(jī)械陀螺儀的測量模型為：《8 = 38心〇+68+￡8，其中〇^為陀螺儀的測量值，(〇為 角速度輸入，bg為陀螺儀的零偏，Sg為陀螺儀的標(biāo)度因數(shù)，Ng為陀螺儀的安裝對準(zhǔn)系數(shù)，^為 陀螺儀的測量噪聲。9. 如權(quán)利要求6所述的快速自標(biāo)定裝置，其特征在于，所述Levenberg-Marquard算法的 數(shù)學(xué)模型為，其中，S為自變量，gk為梯度，G k為Hesse矩陣和hk 為第k次迭代的信賴域半徑。10. 如權(quán)利要求6所述的快速自標(biāo)定裝置，其特征在于，還包括:分析補(bǔ)償模塊，用于對 所述各個誤差項(xiàng)進(jìn)行分析補(bǔ)償。
【文檔編號】G01C25/00GK105928544SQ201610266882
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】李濱, 陳灣灣, 尤政, 楊登, 邢飛
【申請人】清華大學(xué)