專利名稱：一種無需轉臺的航姿參考系統中加速度計高精度標定方法
技術領域：
本發明涉及一種無需轉臺的航姿參考系統中加速度計的誤差系數的高精度標定方法，當然也可以對單獨的加速度計進行分別標定，也可用于IMU中加速度計的標定。
背景技術：
航姿參考系統(AttitudeHeading Reference System, AHRS)包括一系列的三個軸向的傳感器(加速度計、陀螺儀和磁力計)，可以提供飛行器的航姿即姿態角和航偏角信息。AHRS用來取代傳統的機械陀螺飛行儀表，并提供卓越的可靠性和準確性。AHRS還包含一個在線處理系統，該系統接收來自三個軸向上的傳感器輸出信息，通過一系列的計算、濾波等處理，最終輸出飛行器的姿態角和航偏角。各個傳感器的誤差對AHRS最終輸出角度的精度有很大的影響，因此，AHRS在使用之前必須對每個傳感器的各項誤差系數項進行標定，并在處理過程中進行相應的補償。同時，用戶在經過一段時間的使用之后，一般傳感器的誤差系數項也會改變，為了讓其恢復初始使用時的精度，對其進行再次標定就變得很必要。而目前關于加速度計的標定方法，為了達到一定的精度，都需要精密轉臺的輔助，而且操作過程也過于復雜，而本發明解決了這一問題，既不需要精密轉臺的輔助，操作也很簡單，并且能達到很高的精度。
發明內容
(一 )要解決的技術問題有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種無需轉臺的航姿參考系統中加速度計的高精度標定方法，以解決沒有轉臺而又需要精確標定加速度計的問題。( 二 )技術方案為達到上述目的，本發明提供了一種無需轉臺的航姿參考系統中加速度計高精度標定方法，包括步驟I :將航姿參考系統(AHRS)放在水平桌面上，使AHRS的X軸垂直桌面向上，Y軸和Z軸處于水平桌面內；步驟2 :采集AHRS靜止過程中三個軸向上加速度計的輸出電壓，并對采集的每個加速度計的輸出電壓求平均；步驟3 :將AHRS的X軸垂直桌面向下，Y軸和Z軸處于水平桌面內，重復步驟2 ；步驟4 :將AHRS的Y軸垂直桌面向上，X軸和Z軸處于水平桌面內，重復步驟2 ；步驟5 :將AHRS的Y軸垂直桌面向下，X軸和Z軸處于水平桌面內，重復步驟2 ；步驟6 :將AHRS的Z軸垂直桌面向上，X軸和Y軸處于水平桌面內，重復步驟2 ；步驟7 :將AHRS的Z軸垂直桌面向下，X軸和Y軸處于水平桌面內，重復步驟2 ；步驟8 :利用6個位置上的6組數據，根據加速度計的誤差模型，采用誤差模型系數計算公式計算出加速度計誤差模型的各項系數；
步驟9 :在三維空間中任意選取6個互不相同并且也與上述6個位置不同的位置，在每個位置靜止一定時間，對采集的每個加速度計的輸出電壓求平均；
步驟10 :將步驟8中求出的模型誤差系數作為加速度計精確標定模型中相應系數的初始值，然后利用牛頓迭代算法以及上述12個位置的12組電壓值迭代出各個系數的精確值。上述方案中，步驟2中所述采集AHRS靜止過程中三個軸向上加速度計的輸出電壓，所需時間為3-5分鐘。上述方案中，步驟8中所述加速度計的誤差模型為Ax = Bx+SxVx+Exy Vy+ExzVzAy = By+EyxVx+SyVy+EyzVzAz = Bz+Ezx Vx+Ezy Vy+SzVz其中，_分別是相應軸向的加速度，_分別是對應軸向加速度計的零偏，_分別是相應軸向加速度計的標度因數，_分別是加速度計的安裝誤差，_分別是對應軸向的輸出的電壓的均值，其中i = X、y或z, j = X、y或z,且i關j。上述方案中，步驟9中所述在三維空間中任意選取6個互不相同并且也與上述6個位置不同的位置，該選取的位置為=AHRS的XY平面、YZ平面、XZ平面分別與水平面成45° >135°角時的6個位置。所述在每個位置靜止一定時間,該一定時間為3-5分鐘。上述方案中，步驟10中所述加速度計的精確標定模型模型為= A2x +A2y +42 = (Bx+SxVx +ExyVy +ExzVz)2+(By +EyxVx+SyVy +EyzVz)2+(Βζ+Εζχνχ+Ε^+8ζνζ)2其中，g是當地的重力加速度，Ai分別是相應軸向的加速度，Bi分別是對應軸向加速度計的零偏,Si分別是相應軸向加速度計的標度因數，Eu分別是加速度計的安裝誤差,Vi分別是對應軸向的輸出的電壓的均值，其中i = x、y或z, j = x、y或z,且i古j。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果I、本發明提供了一種無需轉臺的航姿參考系統中加速度計高精度標定方法，由于不需要轉臺的支持，所以標定條件大大降低，只需要普通桌面即可完成加速度計的標定。2、本發明提供了一種無需轉臺的航姿參考系統中加速度計高精度標定方法，由于采用了高精度標定模型，所以標定精度與一般方法相比大大提高。3、本發明提供了一種無需轉臺的航姿參考系統中加速度計高精度標定方法，由于采用的模型適用面比較廣，所以在航姿參考系統、GPS/INS組合導航系統以及其他需要應用加速度計的系統中都可以使用本發明完成加速度計的標定。
圖I為依照本發明實施例的加速度計標定的第I至第6個位置。圖2為依照本發明實施例的加速度計標定的第7至12個位置的其中一種選擇方案。圖3為依照本發明實施例的無需轉臺的航姿參考系統中加速度計高精度標定方法的流程圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。本發明的原理是當AHRS的靜止并且X軸向上的過程中，加速度計的誤差方程如下g = Bx+SxVxl+ExyVyl+ExzVzlO = By+EyxVxl+SyVyl+EyzVzlO = Bz+EzxVxl+EzyVyl+SzVzl式中的下標“I”表示第I個位置，即X軸垂直桌面向上。對于第2 6個位置(X軸向下、Y軸向上、Y軸向下、Z軸向上以及Z軸向下5個位置)，根據上述方法，每個位置可建立3個方程，這樣對于每個加速度計來說，一共有四個未知的模型參數，但是有6個方程，因此可以利用最小二乘法解出系數項，求解方程如下
權利要求
1.一種無需轉臺的航姿參考系統中加速度計高精度標定方法，其特征在于，包括 步驟I:將航姿參考系統放在水平桌面上，使航姿參考系統的X軸垂直桌面向上，Y軸和Z軸處于水平桌面內； 步驟2 :采集航姿參考系統靜止過程中三個軸向上加速度計的輸出電壓，并對采集的每個加速度計的輸出電壓求平均； 步驟3 :將航姿參考系統的X軸垂直桌面向下，Y軸和Z軸處于水平桌面內，重復步驟2 ； 步驟4 :將航姿參考系統的Y軸垂直桌面向上，X軸和Z軸處于水平桌面內，重復步驟2 ； 步驟5 :將航姿參考系統的Y軸垂直桌面向下，X軸和Z軸處于水平桌面內，重復步驟2 ； 步驟6 :將航姿參考系統的Z軸垂直桌面向上，X軸和Y軸處于水平桌面內，重復步驟2 ； 步驟7 :將航姿參考系統的Z軸垂直桌面向下，X軸和Y軸處于水平桌面內，重復步驟2 ； 步驟8 :利用6個位置上的6組數據，根據加速度計的誤差模型，采用誤差模型系數計算公式計算出加速度計誤差模型的各項系數； 步驟9 :在三維空間中任意選取6個互不相同并且也與上述6個位置不同的位置，在每個位置靜止一定時間，對采集的每個加速度計的輸出電壓求平均； 步驟10 :將步驟8中求出的模型誤差系數作為加速度計精確標定模型中相應系數的初始值，然后利用牛頓迭代算法以及上述12個位置的12組電壓值迭代出各個系數的精確值。
2.根據權利要求I所述的無需轉臺的航姿參考系統中加速度計高精度標定方法，其特征在于，步驟2中所述采集航姿參考系統靜止過程中三個軸向上加速度計的輸出電壓，所需時間為3-5分鐘。
3.根據權利要求I所述的無需轉臺的航姿參考系統中加速度計高精度標定方法，其特征在于，步驟8中所述加速度計的誤差模型為K = Bx+SxVx+ExyVy+ExzVzA = B +E V +S V +E V 11YljY j^yx * X wy * y j^yz * zK = Bz+EzxVx+EzyVy+SzVz 其中，Ai分別是相應軸向的加速度，Bi分別是對應軸向加速度計的零偏，Si分別是相應軸向加速度計的標度因數，Eij分別是加速度計的安裝誤差，Vi分別是對應軸向的輸出的電壓的均值，其中i = X、y或z, j = X、y或z,且i關j。
4.根據權利要求I所述的無需轉臺的航姿參考系統中加速度計高精度標定方法，其特征在于，步驟9中所述在三維空間中任意選取6個互不相同并且也與上述6個位置不同的位置，該選取的位置為 航姿參考系統的XY平面、YZ平面、XZ平面分別與水平面成45°、135°角時的6個位置。
5.根據權利要求I所述的無需轉臺的航姿參考系統中加速度計高精度標定方法，其特征在于，步驟9中所述在每個位置靜止一定時間，該一定時間為3-5分鐘。
6.根據權利要求I所述的無需轉臺的航姿參考系統中加速度計高精度標定方法，其特征在于，步驟10中所述加速度計的精確標定模型模型為= 42 + Λ2 + 42 = (Bx + SxVx + ExyVy + ExzVzY + (By + EyxVx + SyVy + EyzVz)2 + (Βζ+Εζχνχ+Ε^+8ζνζ)2 其中，g是當地的重力加速度，Ai分別是相應軸向的加速度，Bi分別是對應軸向加速度計的零偏，Si分別是相應軸向加速度計的標度因數，Eu分別是加速度計的安裝誤差，Vi分別是對應軸向的輸出的電壓的均值，其中i = x、y或z, j = x、y或z,且i古j。
全文摘要
本發明公開了一種無需轉臺的航姿參考系統中加速度計的高精度標定方法，給出了在沒有轉臺僅借助于水平桌面的情況下，AHRS中的傳感器加速度計的高精度標定方法。本發明只需要一個水平的桌面，無需其他設備輔助，即可完成加速度計零偏、標度因數、安裝誤差等系數的標定。本發明最大的優點是不需要轉臺的輔助，并且精度高操作簡單，在不影響航姿參考系統精度的情況下，大大地提高了標定的效率。
文檔編號G01P21/00GK102636665SQ20121012638
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月26日 優先權日2012年4月26日
發明者孫金海, 李金海, 閻躍鵬, 陳劍 申請人:中國科學院微電子研究所