專利名稱：一種無需轉(zhuǎn)臺(tái)的航姿參考系統(tǒng)中加速度計(jì)高精度標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無需轉(zhuǎn)臺(tái)的航姿參考系統(tǒng)中加速度計(jì)的誤差系數(shù)的高精度標(biāo)定方法，當(dāng)然也可以對(duì)單獨(dú)的加速度計(jì)進(jìn)行分別標(biāo)定，也可用于IMU中加速度計(jì)的標(biāo)定。
背景技術(shù)：
航姿參考系統(tǒng)(AttitudeHeading Reference System, AHRS)包括一系列的三個(gè)軸向的傳感器(加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì))，可以提供飛行器的航姿即姿態(tài)角和航偏角信息。AHRS用來取代傳統(tǒng)的機(jī)械陀螺飛行儀表，并提供卓越的可靠性和準(zhǔn)確性。AHRS還包含一個(gè)在線處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)接收來自三個(gè)軸向上的傳感器輸出信息，通過一系列的計(jì)算、濾波等處理，最終輸出飛行器的姿態(tài)角和航偏角。各個(gè)傳感器的誤差對(duì)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(duì)每個(gè)傳感器的各項(xiàng)誤差系數(shù)項(xiàng)進(jìn)行標(biāo)定，并在處理過程中進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償。同時(shí)，用戶在經(jīng)過一段時(shí)間的使用之后，一般傳感器的誤差系數(shù)項(xiàng)也會(huì)改變，為了讓其恢復(fù)初始使用時(shí)的精度，對(duì)其進(jìn)行再次標(biāo)定就變得很必要。而目前關(guān)于加速度計(jì)的標(biāo)定方法，為了達(dá)到一定的精度，都需要精密轉(zhuǎn)臺(tái)的輔助，而且操作過程也過于復(fù)雜，而本發(fā)明解決了這一問題，既不需要精密轉(zhuǎn)臺(tái)的輔助，操作也很簡(jiǎn)單，并且能達(dá)到很高的精度。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種無需轉(zhuǎn)臺(tái)的航姿參考系統(tǒng)中加速度計(jì)的高精度標(biāo)定方法，以解決沒有轉(zhuǎn)臺(tái)而又需要精確標(biāo)定加速度計(jì)的問題。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種無需轉(zhuǎn)臺(tái)的航姿參考系統(tǒng)中加速度計(jì)高精度標(biāo)定方法，包括步驟I :將航姿參考系統(tǒng)(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(nèi)；步驟2 :采集AHRS靜止過程中三個(gè)軸向上加速度計(jì)的輸出電壓，并對(duì)采集的每個(gè)加速度計(jì)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(nèi)，重復(fù)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(nèi)，重復(fù)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(nèi)，重復(fù)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(nèi)，重復(fù)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(nèi)，重復(fù)步驟2 ；步驟8 :利用6個(gè)位置上的6組數(shù)據(jù)，根據(jù)加速度計(jì)的誤差模型，采用誤差模型系數(shù)計(jì)算公式計(jì)算出加速度計(jì)誤差模型的各項(xiàng)系數(shù)；
步驟9 :在三維空間中任意選取6個(gè)互不相同并且也與上述6個(gè)位置不同的位置，在每個(gè)位置靜止一定時(shí)間，對(duì)采集的每個(gè)加速度計(jì)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(shù)作為加速度計(jì)精確標(biāo)定模型中相應(yīng)系數(shù)的初始值，然后利用牛頓迭代算法以及上述12個(gè)位置的12組電壓值迭代出各個(gè)系數(shù)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(gè)軸向上加速度計(jì)的輸出電壓，所需時(shí)間為3-5分鐘。上述方案中，步驟8中所述加速度計(jì)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(yīng)軸向的加速度，_分別是對(duì)應(yīng)軸向加速度計(jì)的零偏，_分別是相應(yīng)軸向加速度計(jì)的標(biāo)度因數(shù)，_分別是加速度計(jì)的安裝誤差，_分別是對(duì)應(yīng)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(guān)j。上述方案中，步驟9中所述在三維空間中任意選取6個(gè)互不相同并且也與上述6個(gè)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(shí)的6個(gè)位置。所述在每個(gè)位置靜止一定時(shí)間,該一定時(shí)間為3-5分鐘。上述方案中，步驟10中所述加速度計(jì)的精確標(biāo)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(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，Ai分別是相應(yīng)軸向的加速度，Bi分別是對(duì)應(yīng)軸向加速度計(jì)的零偏,Si分別是相應(yīng)軸向加速度計(jì)的標(biāo)度因數(shù)，Eu分別是加速度計(jì)的安裝誤差,Vi分別是對(duì)應(yīng)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(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果I、本發(fā)明提供了一種無需轉(zhuǎn)臺(tái)的航姿參考系統(tǒng)中加速度計(jì)高精度標(biāo)定方法，由于不需要轉(zhuǎn)臺(tái)的支持，所以標(biāo)定條件大大降低，只需要普通桌面即可完成加速度計(jì)的標(biāo)定。2、本發(fā)明提供了一種無需轉(zhuǎn)臺(tái)的航姿參考系統(tǒng)中加速度計(jì)高精度標(biāo)定方法，由于采用了高精度標(biāo)定模型，所以標(biāo)定精度與一般方法相比大大提高。3、本發(fā)明提供了一種無需轉(zhuǎn)臺(tái)的航姿參考系統(tǒng)中加速度計(jì)高精度標(biāo)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(tǒng)、GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)以及其他需要應(yīng)用加速度計(jì)的系統(tǒng)中都可以使用本發(fā)明完成加速度計(jì)的標(biāo)定。


圖I為依照本發(fā)明實(shí)施例的加速度計(jì)標(biāo)定的第I至第6個(gè)位置。圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例的加速度計(jì)標(biāo)定的第7至12個(gè)位置的其中一種選擇方案。圖3為依照本發(fā)明實(shí)施例的無需轉(zhuǎn)臺(tái)的航姿參考系統(tǒng)中加速度計(jì)高精度標(biāo)定方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的原理是當(dāng)AHRS的靜止并且X軸向上的過程中，加速度計(jì)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(biāo)“I”表示第I個(gè)位置，即X軸垂直桌面向上。對(duì)于第2 6個(gè)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(gè)位置)，根據(jù)上述方法，每個(gè)位置可建立3個(gè)方程，這樣對(duì)于每個(gè)加速度計(jì)來說，一共有四個(gè)未知的模型參數(shù)，但是有6個(gè)方程，因此可以利用最小二乘法解出系數(shù)項(xiàng)，求解方程如下

權(quán)利要求
1.一種無需轉(zhuǎn)臺(tái)的航姿參考系統(tǒng)中加速度計(jì)高精度標(biāo)定方法，其特征在于，包括 步驟I:將航姿參考系統(tǒng)放在水平桌面上，使航姿參考系統(tǒng)的X軸垂直桌面向上，Y軸和Z軸處于水平桌面內(nèi)； 步驟2 :采集航姿參考系統(tǒng)靜止過程中三個(gè)軸向上加速度計(jì)的輸出電壓，并對(duì)采集的每個(gè)加速度計(jì)的輸出電壓求平均； 步驟3 :將航姿參考系統(tǒng)的X軸垂直桌面向下，Y軸和Z軸處于水平桌面內(nèi)，重復(fù)步驟2 ； 步驟4 :將航姿參考系統(tǒng)的Y軸垂直桌面向上，X軸和Z軸處于水平桌面內(nèi)，重復(fù)步驟2 ； 步驟5 :將航姿參考系統(tǒng)的Y軸垂直桌面向下，X軸和Z軸處于水平桌面內(nèi)，重復(fù)步驟2 ； 步驟6 :將航姿參考系統(tǒng)的Z軸垂直桌面向上，X軸和Y軸處于水平桌面內(nèi)，重復(fù)步驟2 ； 步驟7 :將航姿參考系統(tǒng)的Z軸垂直桌面向下，X軸和Y軸處于水平桌面內(nèi)，重復(fù)步驟2 ； 步驟8 :利用6個(gè)位置上的6組數(shù)據(jù)，根據(jù)加速度計(jì)的誤差模型，采用誤差模型系數(shù)計(jì)算公式計(jì)算出加速度計(jì)誤差模型的各項(xiàng)系數(shù)； 步驟9 :在三維空間中任意選取6個(gè)互不相同并且也與上述6個(gè)位置不同的位置，在每個(gè)位置靜止一定時(shí)間，對(duì)采集的每個(gè)加速度計(jì)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(shù)作為加速度計(jì)精確標(biāo)定模型中相應(yīng)系數(shù)的初始值，然后利用牛頓迭代算法以及上述12個(gè)位置的12組電壓值迭代出各個(gè)系數(shù)的精確值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無需轉(zhuǎn)臺(tái)的航姿參考系統(tǒng)中加速度計(jì)高精度標(biāo)定方法，其特征在于，步驟2中所述采集航姿參考系統(tǒng)靜止過程中三個(gè)軸向上加速度計(jì)的輸出電壓，所需時(shí)間為3-5分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無需轉(zhuǎn)臺(tái)的航姿參考系統(tǒng)中加速度計(jì)高精度標(biāo)定方法，其特征在于，步驟8中所述加速度計(jì)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(yīng)軸向的加速度，Bi分別是對(duì)應(yīng)軸向加速度計(jì)的零偏，Si分別是相應(yīng)軸向加速度計(jì)的標(biāo)度因數(shù)，Eij分別是加速度計(jì)的安裝誤差，Vi分別是對(duì)應(yīng)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(guān)j。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無需轉(zhuǎn)臺(tái)的航姿參考系統(tǒng)中加速度計(jì)高精度標(biāo)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(gè)互不相同并且也與上述6個(gè)位置不同的位置，該選取的位置為 航姿參考系統(tǒng)的XY平面、YZ平面、XZ平面分別與水平面成45°、135°角時(shí)的6個(gè)位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無需轉(zhuǎn)臺(tái)的航姿參考系統(tǒng)中加速度計(jì)高精度標(biāo)定方法，其特征在于，步驟9中所述在每個(gè)位置靜止一定時(shí)間，該一定時(shí)間為3-5分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無需轉(zhuǎn)臺(tái)的航姿參考系統(tǒng)中加速度計(jì)高精度標(biāo)定方法，其特征在于，步驟10中所述加速度計(jì)的精確標(biāo)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(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，Ai分別是相應(yīng)軸向的加速度，Bi分別是對(duì)應(yīng)軸向加速度計(jì)的零偏，Si分別是相應(yīng)軸向加速度計(jì)的標(biāo)度因數(shù)，Eu分別是加速度計(jì)的安裝誤差，Vi分別是對(duì)應(yīng)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(fā)明公開了一種無需轉(zhuǎn)臺(tái)的航姿參考系統(tǒng)中加速度計(jì)的高精度標(biāo)定方法，給出了在沒有轉(zhuǎn)臺(tái)僅借助于水平桌面的情況下，AHRS中的傳感器加速度計(jì)的高精度標(biāo)定方法。本發(fā)明只需要一個(gè)水平的桌面，無需其他設(shè)備輔助，即可完成加速度計(jì)零偏、標(biāo)度因數(shù)、安裝誤差等系數(shù)的標(biāo)定。本發(fā)明最大的優(yōu)點(diǎn)是不需要轉(zhuǎn)臺(tái)的輔助，并且精度高操作簡(jiǎn)單，在不影響航姿參考系統(tǒng)精度的情況下，大大地提高了標(biāo)定的效率。
文檔編號(hào)G01P21/00GK102636665SQ20121012638
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者孫金海, 李金海, 閻躍鵬, 陳劍 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院微電子研究所