一种三轴MEMS陀螺仪外场在线标定方法与流程

：本发明涉及惯性导航系统领域，尤其是指一种三轴mems陀螺仪外场在线标定方法。

背景技术

0、背景技术：

1、外场标定是将系统安装在载体上进行的标定，相关研究表明，尽管陀螺仪在出厂前都已经过精确的标定，由于传感器工艺限制、供电电压不稳定、工作环境温度变化等原因，传感器工作一定时间后，通过实验室标定出的各项误差系数并不是固定不变的，包括陀螺仪的常值误差、标度因数误差、安装误差等。这些参数随着系统使用或存放时间的推移而变化。因此，通常需要对陀螺仪进行定期标定，在陀螺仪的使用现场对其进行各项误差系数标定，不仅可以降低传统标定方法对于高精度转台的依赖性，还能够提高陀螺仪的使用精度。

2、传统的陀螺仪外场标定方法通常根据陀螺仪静止状态下测得的地球自转角速率进行标定，而对于低精度的mems陀螺仪而言，无法敏感地球自转角速率，从而无法通过这一方法实现标定。因此，低精度陀螺仪的标定需要其他传感器提供基准。由于mems-rimu中陀螺仪和加速度计一般都是成对安装的，因此可以将标定后加速度计的矢量输出作为基准标定陀螺仪。

3、文献《a robust and easy to implement method for imu calibrationwithout external equipments》提出了一种简易的无转台陀螺仪的标定方法，通过四元数微分方程得到加速度计输出和陀螺仪输出的关系，需要将四元数转化为姿态矩阵，数据处理难度较大。西安电子科技大学的李翔博士提出了一种基于加速度计参考的陀螺仪叉积(cross produc,cp)标定方法，该方法通过分析加速度计输出和陀螺仪输出的关系建立标定模型，并通过最小二乘法估计陀螺仪的零偏和系数矩阵。但这一标定方法无法适用于在线标定，仅能将所有采样点信息保存后用于离线标定。

4、急需一种三轴mems陀螺仪外场在线标定方法，有助于解决现有技术中缺乏一种能够实现在线标定参数的技术问题。

技术实现思路

0、技术实现要素：

1、在一实施例中，本发明提供了一种三轴mems陀螺仪外场在线标定方法，根据陀螺仪的参数误差模型及加速度计输出模型通过无迹卡尔曼滤波算法，实现在线估计待标定参数，最终再通过补偿模型标定陀螺仪得到角速度，有助于解决现有技术中缺乏一种能够实现在线标定参数的技术问题。

2、所述三轴mems陀螺仪外场在线标定方法包括：

3、根据陀螺仪的参数误差模型及加速度计输出模型通过无迹卡尔曼滤波算法在线估计待标定参数；

4、根据所述待标定参数通过补偿模型标定陀螺仪得到角速度。

5、在一实施例中，所述待标定参数包括零偏、标度因数误差和安装误差。

6、在一实施例中，所述根据陀螺仪参数的误差模型及加速度计算得到输出模型前，该方法还包括：

7、建立陀螺仪参数误差模型；

8、

9、其中，和为载体坐标系下载体的理论角速度，ωmx、ωmy和ωmz为陀螺仪实际输出角速度，sxx、syy及szz为陀螺仪标度因数误差，sxy、sxz、syx、syz、szx、szy为陀螺仪安装误差，bgx、bgy及bgz为陀螺仪零偏，βgx、βgy及βgz为陀螺仪噪声。

10、在一实施例中，所述根据陀螺仪的参数误差模型及加速度计算得到输出模型步骤前，该方法还包括：

11、建立加速度计输出模型；

12、

13、其中，为加速度计在载体坐标系下的实际输出，为方向余弦矩阵的逆矩阵，为载体在地理系下的实际加速度，εa为加速度计噪声；

14、对加速度计输出模型两边求导；

15、

16、将方向余弦微分方程代入上述公式；

17、

18、其中，

19、将载体坐标系与地理坐标系下加速度转换关系代入上式；

20、

21、将公式六等式两端取二范数；

22、

23、在一实施例中，所述将公式六等式两端取二范数步骤后，该方法还包括：

24、

25、在一实施例中，所述补偿模型为

26、

27、其中，和为陀螺仪标定后的精确输出，及为估计得到的陀螺仪标度因数误差，为估计得到的陀螺仪安装误差，及为估计得到的陀螺仪零偏。

技术特征：

1.一种三轴mems陀螺仪外场在线标定方法，其特征在于，所述三轴mems陀螺仪外场在线标定方法包括：

2.根据权利要求1所述的三轴mems陀螺仪外场在线标定方法，其特征在于，所述待标定参数包括零偏、标度因数误差和安装误差。

3.根据权利要求2所述的三轴mems陀螺仪外场在线标定方法，所述根据陀螺仪参数的误差模型及加速度计算得到输出模型前，该方法还包括：

4.根据权利要求3所述的三轴mems陀螺仪外场在线标定方法，其特征在于，所述根据陀螺仪的参数误差模型及加速度计算得到输出模型步骤前，该方法还包括：

5.根据权利要求4所述的三轴mems陀螺仪外场在线标定方法，其特征在于，所述将公式六等式两端取二范数步骤后，该方法还包括：

6.根据权利要求5所述的三轴mems陀螺仪外场在线标定方法，其特征在于，

技术总结本发明提供了一种三轴MEMS陀螺仪外场在线标定方法，所述三轴MEMS陀螺仪外场在线标定方法包括根据陀螺仪的参数误差模型及加速度计输出模型通过无迹卡尔曼滤波算法在线估计待标定参数；根据所述待标定参数通过补偿模型标定陀螺仪得到角速度。根据陀螺仪的参数误差模型及加速度计输出模型通过无迹卡尔曼滤波算法，实现在线估计待标定参数，最终再通过补偿模型标定陀螺仪得到角速度，有助于解决现有技术中缺乏一种能够实现在线标定参数的技术问题。技术研发人员：刘萍,蒋鑫鑫,汪雅婷,尹宣紫,奚雅楠受保护的技术使用者：中国舰船研究设计中心技术研发日：技术公布日：2024/9/29