一種imu標定系統(tǒng)的自檢自校方法
【專利摘要】一種IMU標定系統(tǒng)的自檢自校方法，能夠?qū)崿F(xiàn)IMU接口測試、IMU特性參數(shù)仿真和系統(tǒng)自檢自校功能。該方法在數(shù)據(jù)傳輸板添加IMU模擬器功能，實現(xiàn)了IMU特性參數(shù)仿真，模擬IMU的實際輸出信號。仿真信號從脈沖計數(shù)板產(chǎn)品端接口輸入，進行IMU標定系統(tǒng)的產(chǎn)品未在環(huán)測試，數(shù)據(jù)經(jīng)脈沖計數(shù)板和數(shù)據(jù)傳輸板傳到上位機。上位機軟件對IMU的各誤差項進行計算，完成IMU標定系統(tǒng)的自檢自校。
【專利說明】—種IMU標定系統(tǒng)的自檢自校方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種IMU標定系統(tǒng)的自檢自校方法。目前，捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在軍用機、民用機和導(dǎo)彈上廣泛應(yīng)用，慣性測量單元(IMU)作為捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的核心部件，決定了導(dǎo)航系統(tǒng)的性能。MU必須經(jīng)過標定，對器件進行誤差補償，才能提高測量精度，所以IMU的標定是實際使用前的重要環(huán)節(jié)，直接影響著系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。IMU成本高，易損壞，必須提高標定系統(tǒng)的可靠性，才能有效保護被測產(chǎn)品，順利完成MU標定任務(wù)。因此，研究IMU標定系統(tǒng)的自檢自校方法，提高IMU標定系統(tǒng)的可靠性，具有重要的實用價值。
【背景技術(shù)】
[0002]在捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，MU的測量誤差是影響慣性導(dǎo)航系統(tǒng)精度的重要因素。為了保證捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航精度，必須減小IMU的測量誤差。由于高精度的MU成本較高，目前工程中大多利用MU標定系統(tǒng)對IMU進行標定，通過軟件算法補償?shù)姆绞教岣咂錅y量精度。
[0003]現(xiàn)有的IMU標定系統(tǒng)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)IMU標定，但是不具備自檢自校功能，系統(tǒng)可靠性不高，系統(tǒng)故障可能導(dǎo)致標定不準確，甚至損壞被測產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有IMU標定系統(tǒng)可靠性不高、不能保護被測產(chǎn)品等問題，提出了一種操作簡單、適應(yīng)性較好、測試速度快的IMU標定系統(tǒng)自檢自校方法。
[0005]本發(fā)明涉及一種MU標定系統(tǒng)的自檢自校方法，MU標定系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所
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[0006]?脈沖計數(shù)板:產(chǎn)生陀螺同步信號SPl和加計同步信號RDA ;提供MU數(shù)據(jù)讀寫接口 ；對MU輸出信號進行脈沖計數(shù)。
[0007]籲數(shù)據(jù)傳輸板:將脈沖計數(shù)板的數(shù)據(jù)傳到上位機；產(chǎn)生IMU仿真信號。
[0008]?上位機:控制標定流程，完成IMU各誤差項計算。
[0009]本發(fā)明在數(shù)據(jù)傳輸板添加IMU模擬器功能，產(chǎn)生IMU仿真信號，即6路陀螺和6路加計脈沖信號。IUM仿真信號包含了陀螺標度因數(shù)、安裝誤差、常值漂移、加計標度因數(shù)、安裝誤差和常值偏置等信息，能夠最大程度模擬IMU的實際輸出，實現(xiàn)了 IMU的特性參數(shù)仿真。
[0010]將IMU仿真信號從脈沖計數(shù)板產(chǎn)品端接口輸入，進行IMU標定系統(tǒng)的產(chǎn)品未在環(huán)測試，數(shù)據(jù)經(jīng)脈沖計數(shù)板和數(shù)據(jù)傳輸板傳到上位機，上位機軟件對IMU的各誤差項進行計算，完成IMU標定系統(tǒng)的自檢自校。
[0011]1、MU 接口測試
[0012]數(shù)據(jù)傳輸板的FPGA芯片(10)中生成256字節(jié)的RAM，并在配置文件中寫入初始值。根據(jù)IMU的數(shù)據(jù)讀寫時序關(guān)系，F(xiàn)PGA芯片(10)中編程實現(xiàn)256字節(jié)RAM的讀寫控制接口，模擬IMU的數(shù)據(jù)讀寫和存儲。[0013]脈沖計數(shù)板將256字節(jié)的數(shù)據(jù)全部讀出，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸板將256字節(jié)數(shù)據(jù)傳回上位機，上位機軟件比較讀出的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)傳輸板RAM中寫入的初始值是否相同，完成MU接口測試。
[0014]2、MU特性參數(shù)仿真
[0015]數(shù)據(jù)傳輸板作為MU模擬器，在數(shù)據(jù)傳輸板的FPGA芯片(10)中編程實現(xiàn)12個脈沖信號發(fā)生器，產(chǎn)生MU仿真信號。IUM仿真信號包含了陀螺和加計的誤差信息，信號頻率由IMU特性計算得出，以便模擬IMU的真實信號。
[0016]陀螺脈沖信號頻率滿足
[0017]SPa=A ω +D (I)
[0018]式中:S=diag[SxSy SJ, Pa= [Pax Pay Pjτ, ω = [ωχ coy ωζ]τ, D= [Dx Dy Djτ,
"IMxy Μ:
A = MvxI Mir。
MzxMzy I _
[0019]其中，Pa為陀螺脈沖信號頻率；S為陀螺儀標度因數(shù);A為陀螺儀的安裝誤差矩陣；ω為輸入陀螺敏感軸的角速度；D為陀螺的常值漂移。
[0020]加計脈沖信號頻率滿足
[0021]KP^Cf+B (2)
[0022]式中:K=diag[kxky kj, P1=EPlx Ply P1Jt, f=[fx fy fzY, B= [Bx By BjT,
[I ^ C;
C= C1, I Cyi。c' i
[0023]其中，P1為加計脈沖信號頻率；K為加計標度因數(shù)；C為加計的安裝誤差矩陣；a為輸入加計敏感軸的加速度為加計的常值偏置。
[0024]IMU模擬器能夠模擬IMU在6個位置的信號。根據(jù)下邊各位置的關(guān)系式，能夠得到每個位置IMU的角速度ω和加速度f，進而根據(jù)式(I)和式⑵能夠確定6個位置MU仿真信號的頻率，實現(xiàn)IMU的特性參數(shù)仿真。
[0025]位置1:
=0
[0026]j = O()
ω_ =coiesinL + w
[0027]其中，L為緯度；ω。為地球自轉(zhuǎn)角速度；(O1為轉(zhuǎn)臺輸入角速度。
L = 0
[0028]< /r = O(4)
/: = S
[0029]位置2:
ωχ = O
[0030]<ω=0(、)
[ω = -(O1.sin L-
【權(quán)利要求】
1.一種IMU標定系統(tǒng)的自檢自校方法，其特征在于: 本發(fā)明涉及一種MU標定系統(tǒng)的自檢自校方法，MU標定系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。 ?脈沖計數(shù)板:產(chǎn)生陀螺同步信號SPl和加計同步信號RDA ;提供MU數(shù)據(jù)讀寫接口 ；對IMU輸出信號進行脈沖計數(shù)。 籲數(shù)據(jù)傳輸板:將脈沖計數(shù)板的數(shù)據(jù)傳到上位機；產(chǎn)生頂U仿真信號。 ?上位機:控制標定流程，完成MU各誤差項計算。 本發(fā)明在數(shù)據(jù)傳輸板添加IMU模擬器功能，產(chǎn)生IMU仿真信號，即6路陀螺和6路加計脈沖信號。IUM仿真信號包含了陀螺標度因數(shù)、安裝誤差、常值漂移、加計標度因數(shù)、安裝誤差和常值偏置等信息，能夠最大程度模擬IMU的實際輸出，實現(xiàn)了 IMU的特性參數(shù)仿真。 將IMU仿真信號從脈沖計數(shù)板產(chǎn)品端接口輸入，進行IMU標定系統(tǒng)的產(chǎn)品未在環(huán)測試，數(shù)據(jù)經(jīng)脈沖計數(shù)板和數(shù)據(jù)傳輸板傳到上位機，上位機軟件對IMU的各誤差項進行計算，完成IMU標定系統(tǒng)的自檢自校。 Cl) MU接口測試 數(shù)據(jù)傳輸板的FPGA芯片(10)中生成256字節(jié)的RAM，并在配置文件中寫入初始值。根據(jù)IMU的數(shù)據(jù)讀寫時序關(guān)系，F(xiàn)PGA芯片(10)中編程實現(xiàn)256字節(jié)RAM的讀寫控制接口，模擬IMU的數(shù)據(jù)讀寫和存儲。 脈沖計數(shù)板將256字節(jié)的數(shù)據(jù)全部讀出，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸板將256字節(jié)數(shù)據(jù)傳回上位機，上位機軟件比較讀出的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)傳輸板RAM中寫入的初始值是否相同，完成IMU接口測試。 (2)MU特性參數(shù)仿真 數(shù)據(jù)傳輸板作為IMU模擬器，在數(shù)據(jù)傳輸板的FPGA芯片(10)中編程實現(xiàn)12個脈沖信號發(fā)生器，產(chǎn)生MU仿真信號。IUM仿真信號包含了陀螺和加計的誤差信息，信號頻率由IMU特性計算得出，以便模擬IMU的真實信號。 陀螺脈沖信號頻率滿足 SPa=A ω +D (I)
式中:S=diag[Sx Sy SJ, Pa= [Pax Pay PJt, ω = [ωχ coy ωζ]τ, D= [Dx Dy DjT， [I Mw Mx；A = \M I M 。 VX1-
M2y I _ 其中，Pa為陀螺脈沖信號頻率；s為陀螺儀標度因數(shù)；A為陀螺儀的安裝誤差矩陣；ω為輸入陀螺敏感軸的角速度；D為陀螺的常值漂移。 加計脈沖信號頻率滿足 KP^Cf+B (2) 式中:K=diag[kx ky kj , Pi= [Pix Ply Plz]T，f=[fx fy fzV, B= [Bx By BjT, 「I Cxy c;C= Q I Ck。
1 _ 其中，P1為加計脈沖信號頻率；1(為加計標度因數(shù)；(:為加計的安裝誤差矩陣；a為輸入加計敏感軸的加速度；B為加計的常值偏置。 IMU模擬器能夠模擬IMU在6個位置的信號。根據(jù)下邊各位置的關(guān)系式，能夠得到每個位置IMU的角速度ω和加速度f，進而根據(jù)式(I)和式⑵能夠確定6個位置MU仿真信號的頻率，實現(xiàn)IMU的特性參數(shù)仿真。 位置1:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IMU標定系統(tǒng)的自檢自校方法，其特征在于，在數(shù)據(jù)傳輸板的FPGA芯片(10)中生成256字節(jié)的RAM，并在配置文件中寫入初始值。根據(jù)IMU的數(shù)據(jù)讀寫時序關(guān)系，在FPGA芯片(10)中編程實現(xiàn)256字節(jié)RAM的讀寫控制接口，模擬IMU的數(shù)據(jù)讀寫和存儲。將256字節(jié)的數(shù)據(jù)全部讀出，上位機軟件比較讀出的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)傳輸板RAM中寫入的初始值是否相同，完成MU接口測試。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IMU標定系統(tǒng)的自檢自校方法，其特征在于，在數(shù)據(jù)傳輸板添加IMU模擬器功能，產(chǎn)生IMU仿真信號，模擬IMU在6個位置的輸出信號。IUM仿真信號包含了陀螺和加計的誤差信息，信號頻率由IMU特性計算得出，能夠模擬IMU的真實信號，實現(xiàn)了 IMU的特性參數(shù)仿真。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IMU標定系統(tǒng)的自檢自校方法，其特征在于，IMU仿真信號從脈沖計數(shù)板產(chǎn)品端接口輸入，進行MU標定系統(tǒng)的產(chǎn)品未在環(huán)測試，數(shù)據(jù)經(jīng)脈沖計數(shù)板和數(shù)據(jù)傳輸板傳到上位機，上位機軟件對IMU的各誤差項進行計算，完成IMU標定系統(tǒng)的自檢自校。
【文檔編號】G01C25/00GK103616037SQ201310653281
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】趙剡, 張爍, 吳發(fā)林, 李高亮, 張曉磊 申請人:北京航空航天大學(xué)