一種基于北斗二代速度信息的加速度計標定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于北斗二代速度信息的加速度計標定方法，本方法通過主控計算機（1）和數據總線（7）來實現(xiàn)，北斗二代信息采集器（5）和慣性測量組件（6）采集載體導航數據，北斗二代測量數據判定模塊（2）判定北斗二代信息采集器（5）采集的導航數據的可用性，加速度計誤差參估計模塊（3）估計加速度計刻度因數和零偏誤差，加速度計標定模塊（4）實現(xiàn)加速度計的首次標定和動態(tài)標定。本方法基于高精度的北斗二代速度測量值，結合加速度計直接輸出的加速度值，利用最小二乘法實現(xiàn)對加速度計的動態(tài)標定。本方法能夠簡化加速度計的參數標定，降低零偏變化對系統(tǒng)精度的影響。
【專利說明】一種基于北斗二代速度信息的加速度計標定方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種加速度計標定方法，特別是一種基于北斗二代速度信息的加速度 計標定方法。

【背景技術】
[0002] 對加速度計進行有效的標定可解決其性能參數時變性的問題，對提高測量精度非 常必要。傳統(tǒng)的標定方法需要借助轉臺、離心機等標定設備，對未知參數進行完整的系統(tǒng)級 標定，標定精度高，但操作復雜，標定周期長，實效性較差。在實際的組合導航系統(tǒng)中，加速 度計的標定準確性還受到安裝角度誤差，環(huán)境溫度特性以及每次啟動的隨機誤差的影響， 因此單純利用傳統(tǒng)的方法對加速度計標定無法滿足系統(tǒng)動態(tài)特性的要求。


【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明目的在于提供一種基于北斗二代速度信息的加速度計標定方法，解決加速 度計在系統(tǒng)運行情況下標定操作復雜、標定周期長和零偏誤差存在變化的問題。
[0004] 一種基于北斗二代速度信息的加速度計標定方法的具體步驟如下： 第一步搭建加速度計測量標定系統(tǒng)。
[0005] 加速度計測量標定系統(tǒng)，包括：主控計算機、北斗二代測量數據判定模塊、加速度 計誤差參數估計模塊、加速度計標定模塊、數據總線、北斗二代信息采集器和慣性測量組 件。
[0006] 北斗二代測量數據判定模塊、加速度計誤差參數估計模塊、加速度計標定模塊置 于主控計算機內部，主控計算機分別與北斗二代信息采集器、慣性測量組件通過數據總線 連接。
[0007] 北斗二代測量數據判定模塊的功能是實時監(jiān)控北斗二代信息采集器獲得的測量 數據，通過內置的判定準則對北斗二代信息采集器采集的導航數據的可用性進行判斷；力口 速度計誤差參數估計模塊的功能是對加速度計刻度因數和零偏誤差進行估計；加速度計標 定模塊的功能是實現(xiàn)加速度計的首次標定和動態(tài)標定。
[0008] 第二步北斗二代信息采集器采集載體的導航數據 通過北斗二代信息采集器采集載體的北向位置 如2〃、東向位置航向中顧和速度「細。
[0009] 第三步慣性測量組件采集載體的導航數據 通過慣性測量組件測得載體的北向位置東向位置ml同時測得加速度計加速 度測量值和陀螺角速度。
[0010] 第四步北斗二代測量數據判定模塊確定北斗二代信息采集器采集的導航數據 的可用性 北斗二代測量數據判定模塊通過數據總線實時監(jiān)控北斗二代信息采集器采集的導航 數據，根據判定準則對北斗二代信息采集器采集的導航數據的可用性進行確定，若北斗二 代信息采集器采集的導航數據出現(xiàn)一段連續(xù)且精度可用的速度數據，則在主控計算機中 存儲該區(qū)間北斗二代信息采集器采集的速度數據作為可用速度數據，判定準則如下：當北 斗二代信息采集器采集的速度值^大于等于設定的速度閾值時，所采集的速度數據 可用；當連續(xù)兩個時刻北斗二代信息采集器輸出的航向差Λφ的絕對值小于等于設定的航 向差閾值Φ?β時，所采集的航向數據可用；北斗二代信息采集器的水平位置幾何精度因子 HDGP小于等于設定的精度因子閾時，所采集的位置數據可用；利用雙差分序列 對北斗二代信息采集器采集的導航數據可用性進行確定，首先通過慣性測量組件獲得k時 刻北向位置差分結果和k時刻東向位置差分結果(λ);再通過北斗二代信息 采集器獲得k時刻北向位置差分結果和k時刻東向位置差分結果;然后 通過北斗二代信息采集器與慣性測量組件獲得k時刻北向位置的互差分結果(幻和東向 位置的互差分結果Δ 5#);再通過北斗二代信息采集器與慣性測量組件獲得雙測量系統(tǒng)互 差分結果估計的k時刻觀測噪聲S(A);最后設定觀測噪聲閾值，當利用雙差分序列得到的觀 測噪聲小于等于觀測噪聲閾值時，所采集的速度數據可用；當全部滿足上述四種 判定準則的連續(xù)可用采集數據持續(xù)時間t達到連續(xù)時間閾值^?時，則該時間段所采集的速 度數據可用。
[0011] 第五步加速度計誤差參數估計模塊估計加速度計刻度因數和零偏誤差。
[0012] 加速度計誤差參數估計模塊利用北斗二代測量數據判定模塊確定的北斗二代信 息采集器采集的可用速度數據作差得到加速度數據，結合通過慣性測量組件測得的加速度 計的加速度測量值，采用最小二乘法對加速度計刻度因數和零偏誤差進行估計。
[0013] 第六步加速度計標定模塊首次標定加速度計 加速度計標定模塊將加速度計誤差參數估計模塊中計算得到的加速度計刻度因數和 加速度計零偏誤差估計值分別與預設的加速度計刻度因數和預設的加速度計零偏誤差估 計值求差值，若得到的加速度計刻度因數的差值與預設的加速度計刻度因數的比值高于 10%，或得到的加速度計零偏誤差估計值的差值與預設的加速度計零偏誤差估計值的比值 高于10%，則對預設的加速度計刻度因數和預設的加速度計零偏誤差估計值均進行更新，將 預設的加速度計刻度因數和加速度計零偏誤差估計值更新為加速度計誤差參數估計模塊 中計算得到的加速度計刻度因數和加速度計零偏誤差估計值；如果得到的加速度計刻度因 數的差值與預設的加速度計刻度因數的比值低于10%，且得到的加速度計零偏誤差估計值 的差值與預設的加速度計零偏誤差估計值的比值低于10%，則對預設的加速度計刻度因數 和預設的加速度計零偏誤差估計值均不進行更新，預設的加速度計刻度因數和預設的加速 度計零偏誤差估計值均保持不變，完成一次加速度計標定。
[0014] 第七步加速度計標定模塊進行加速度計動態(tài)標定。
[0015] 加速度計標定模塊在一次加速度計標定完成后再正常運行時間T，重復通過北斗 二代測量數據判定模塊監(jiān)控北斗二代信息采集器采集到的速度數據，通過加速度計誤差參 數估計模塊對加速度計刻度因數和加速度計零偏誤差估計值進行重新標定，并根據加速度 計標定模塊首次標定加速度計的判定準則確定是否需要對預設的加速度計刻度因數和加 速度計零偏誤差估計值進行更新，實現(xiàn)加速度計的動態(tài)標定。
[0016] 一種基于北斗二代速度信息的加速度計標定方法利用北斗二代在信號接收良好， 速度較高的直線運動段測量值精度高的特性，基于高精度的北斗二代速度測量值，結合加 速度計直接輸出值，利用最小二乘法實現(xiàn)對加速度計的動態(tài)標定。本發(fā)明能夠定期更新加 速度計的標定參數，降低了因啟動不同以及溫度變化等造成的零偏變化對系統(tǒng)精度的影 響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1 一種基于北斗二代速度信息的加速度計標定方法搭建系統(tǒng)圖 1.主控計算機 2.北斗二代測量數據判定模塊 3.加速度計誤差參數估計模塊 4.加速度計標定模塊5.北斗二代信息采集器6.慣性測量組件7.數據總線。

【具體實施方式】
[0018] 一種基于北斗二代速度信息的加速度計標定方法的具體步驟如下： 第一步搭建加速度計測量標定系統(tǒng)。
[0019] 加速度計測量標定系統(tǒng)，包括：主控計算機1、北斗二代測量數據判定模塊2、加速 度計誤差參數估計模塊3、加速度計標定模塊4、北斗二代信息采集器5、慣性測量組件6、數 據總線7。
[0020] 北斗二代測量數據判定模塊2、加速度計誤差參數估計模塊3、加速度計標定模塊 4置于主控計算機1內部，主控計算機1通過數據總線7與北斗二代信息采集器5、慣性測 量組件6連接。
[0021] 北斗二代測量數據判定模塊2的功能是實時監(jiān)控北斗二代信息采集器5獲得的 測量數據，通過內置的判定準則對北斗二代信息采集器5采集的導航數據的可用性進行判 斷；加速度計誤差參數估計模塊3的功能是對加速度計刻度因數和零偏誤差進行估計；力口 速度計標定模塊4的功能是實現(xiàn)加速度計的首次標定和動態(tài)標定。
[0022] 第二步北斗二代信息采集器5采集載體的導航數據。
[0023] 通過北斗二代信息采集器5采集載體的北向位置JD2#、東向位置規(guī))2'航向 和速度
[0024] 第三步慣性測量組件6采集載體的導航數據。
[0025] 通過慣性測量組件6測得載體的北向位置"、東向位置同時測得加速度計 加速度測量值和陀螺角速度。
[0026] 第四步北斗二代測量數據判定模塊2確定北斗二代信息采集器5采集的導航數 據的可用性 北斗二代測量數據判定模塊2通過數據總線7實時監(jiān)控北斗二代信息采集器5采集的 導航數據，根據判定準則對北斗二代信息采集器5采集的導航數據的可用性進行確定，若 北斗二代信息采集器5采集的導航數據出現(xiàn)一段連續(xù)且精度可用的速度數據，則在主控計 算機1中存儲該區(qū)間北斗二代信息采集器5采集的速度數據作為可用速度數據，判定準則 如下：當北斗二代信息采集器5采集的速度值大于等于設定的速度閾值時，所采集 的速度數據可用；當連續(xù)兩個時刻北斗二代信息采集器5輸出的航向差Δφ的絕對值小于等 于設定的航向差閾值Φ?時，所采集的航向數據可用；北斗二代信息采集器5的水平位置幾 何精度因子小于等于設定的精度因子閾值^^^--時，所采集的位置數據可用；利用 雙差分序列對北斗二代信息采集器5采集的導航數據可用性進行確定，首先通過慣性測量 組件6獲得k時刻北向位置差分結果Μ)#⑷和k時刻東向位置差分結果Δ￡)Λ5⑷；再通過 北斗二代信息采集器5獲得k時刻北向位置差分結果ΔΜ32、λ)和k時刻東向位置差分結果 ΔΜ)2%);然后通過北斗二代信息采集器5與慣性測量組件6獲得k時刻北向位置的互差 分結果#沐)和東向位置的互差分結果;再通過北斗二代信息采集器5與慣性測量組 件6獲得雙測量系統(tǒng)互差分結果估計的k時刻觀測噪聲2(A);最后設定觀測噪聲閾值，當利 用雙差分序列得到的觀測噪聲2(1：)小于等于觀測噪聲閾值時，所采集的速度數據可用； 當全部滿足上述四種判定準則的連續(xù)可用采集數據持續(xù)時間t達到連續(xù)時間閾值&?時，則 該時間段所采集的速度數據可用。
[0027] 第五步加速度計誤差參數估計模塊3估計加速度計刻度因數和零偏誤差。
[0028] 加速度計誤差參數估計模塊3利用北斗二代測量數據判定模塊2確定的北斗二代 信息采集器5采集的可用速度數據作差得到加速度數據，結合通過慣性測量組件6測得的 加速度計的加速度測量值，采用最小二乘法對加速度計刻度因數和零偏誤差進行估計。
[0029] 第六步加速度計標定模塊4首次標定加速度計 加速度計標定模塊4將加速度計誤差參數估計模塊中計算得到的加速度計刻度因數 和加速度計零偏誤差估計值分別與預設的加速度計刻度因數和預設的加速度計零偏誤差 估計值求差值，若得到的加速度計刻度因數的差值與預設的加速度計刻度因數的比值高于 10%，或得到的加速度計零偏誤差估計值的差值與預設的加速度計零偏誤差估計值的比值 高于10%，則對預設的加速度計刻度因數和預設的加速度計零偏誤差估計值均進行更新，將 預設的加速度計刻度因數和加速度計零偏誤差估計值更新為加速度計誤差參數估計模塊3 中計算得到的加速度計刻度因數和加速度計零偏誤差估計值；如果得到的加速度計刻度因 數的差值與預設的加速度計刻度因數的比值低于10%，且得到的加速度計零偏誤差估計值 的差值與預設的加速度計零偏誤差估計值的比值低于10%，則對預設的加速度計刻度因數 和預設的加速度計零偏誤差估計值均不進行更新，預設的加速度計刻度因數和預設的加速 度計零偏誤差估計值均保持不變，完成一次加速度計標定。
[0030] 第七步加速度計標定模塊4進行加速度計動態(tài)標定。
[0031] 加速度計標定模塊4在一次加速度計標定完成后再正常運行時間T，重復通過北 斗二代測量數據判定模塊2監(jiān)控北斗二代信息采集器5采集到的速度數據，通過加速度計 誤差參數估計模塊3對加速度計刻度因數和加速度計零偏誤差估計值進行重新標定，并根 據加速度計標定模塊4首次標定加速度計的判定準則確定是否需要對預設的加速度計刻 度因數和加速度計零偏誤差估計值進行更新，實現(xiàn)加速度計的動態(tài)標定。
【權利要求】
1. 一種基于北斗二代速度信息的加速度計標定方法，其特征在于具體步驟為： 第一步搭建加速度計測量標定系統(tǒng)； 加速度計測量標定系統(tǒng)，包括：主控計算機（1)、北斗二代測量數據判定模塊（2)、加 速度計誤差參數估計模塊（3)、加速度計標定模塊（4)、數據總線（7)、北斗二代信息采集器 (5)和慣性測量組件（6); 北斗二代測量數據判定模塊（2)、加速度計誤差參數估計模塊（3)、加速度計標定模塊 (4) 置于主控計算機（1)內部，主控計算機（1)分別與北斗二代信息采集器（5)、慣性測量組 件（6)通過數據總線（7)連接； 北斗二代測量數據判定模塊（2)的功能是實時監(jiān)控北斗二代信息采集器（5)獲得的測 量數據，通過內置的判定準則對北斗二代信息采集器（5)采集的導航數據的可用性進行判 斷；加速度計誤差參數估計模塊（3)的功能是對加速度計刻度因數和零偏誤差進行估計； 加速度計標定模塊（4)的功能是實現(xiàn)加速度計的首次標定和動態(tài)標定； 第二步北斗二代信息采集器（5)采集載體的導航數據 北斗二代信息采集器（5)采集載體的北向位置 M) 2〃、東向位置AD 、航向和速度「jza ; 第三步慣性測量組件（6)采集載體的導航數據 慣性測量組件（6)測得載體的北向位置東向位置同時測得加速度計加速度 測量值和陀螺角速度； 第四步北斗二代測量數據判定模塊（2)確定北斗二代信息采集器（5)采集的導航數 據的可用性 北斗二代測量數據判定模塊（2)通過數據總線（7)實時監(jiān)控北斗二代信息采集器（5) 采集的導航數據，根據判定準則對北斗二代信息采集器（5)采集的導航數據的可用性進行 確定，若北斗二代信息采集器（5)采集的導航數據出現(xiàn)連續(xù)且精度可用的速度數據，則在主 控計算機（1)中存儲該區(qū)間北斗二代信息采集器（5)采集的速度數據作為可用速度數據， 判定準則如下：當北斗二代信息采集器（5)采集的速度值7_大于等于設定的速度閾值 時，所采集的速度數據可用；當連續(xù)兩個時刻北斗二代信息采集器（5)輸出的航向差Δφ的 絕對值小于等于設定的航向差閾值?時，所采集的航向數據可用；北斗二代信息采集器 (5) 的水平位置幾何精度因子/小于等于設定的精度因子閾值^^&^時，所采集的位置 數據可用；利用雙差分序列對北斗二代信息采集器（5)采集的導航數據可用性進行確定， 首先通過慣性測量組件（6)獲得k時刻北向位置差分結果和k時刻東向位置差 分結果;再通過北斗二代信息采集器（5)獲得k時刻北向位置差分結果ΔΜ)2 #(幻 和k時刻東向位置差分結果;然后通過北斗二代信息采集器（5)與慣性測量組件 (6) 獲得k時刻北向位置的互差分結果Δ#(^)和東向位置的互差分結果f(.t);再通過北斗二 代信息采集器（5)與慣性測量組件（6)獲得雙測量系統(tǒng)互差分結果估計的k時刻觀測噪聲 StXh最后設定觀測噪聲閾值，當利用雙差分序列得到的觀測噪聲小于等于觀測噪聲 閾值時，所采集的速度數據可用；當全部滿足上述四種判定準則的連續(xù)可用采集數據 持續(xù)時間t達到連續(xù)時間閾值&?時，則該時間段所采集的速度數據可用； 第五步加速度計誤差參數估計模塊（3)估計加速度計刻度因數和零偏誤差； 加速度計誤差參數估計模塊（3)利用北斗二代測量數據判定模塊（2)確定的北斗二 代信息采集器（5)采集的可用速度數據作差得到加速度數據，結合通過慣性測量組件（6) 測得的加速度計的加速度測量值，采用最小二乘法對加速度計刻度因數和零偏誤差進行估 計； 第六步加速度計標定模塊（4)首次標定加速度計 加速度計標定模塊（4)將加速度計誤差參數估計模塊（3)中計算得到的加速度計刻度 因數和加速度計零偏誤差估計值分別與預設的加速度計刻度因數和預設的加速度計零偏 誤差估計值求差值，若得到的加速度計刻度因數的差值與預設的加速度計刻度因數的比值 高于10%，或得到的加速度計零偏誤差估計值的差值與預設的加速度計零偏誤差估計值的 比值高于10%，則對預設的加速度計刻度因數和預設的加速度計零偏誤差估計值均進行更 新，將預設的加速度計刻度因數和加速度計零偏誤差估計值更新為加速度計誤差參數估計 模塊（3)中計算得到的加速度計刻度因數和加速度計零偏誤差估計值；如果得到的加速度 計刻度因數的差值與預設的加速度計刻度因數的比值低于10%，且得到的加速度計零偏誤 差估計值的差值與預設的加速度計零偏誤差估計值的比值低于10%，則對預設的加速度計 刻度因數和預設的加速度計零偏誤差估計值均不進行更新，預設的加速度計刻度因數和預 設的加速度計零偏誤差估計值均保持不變，完成一次加速度計標定； 第七步加速度計標定模塊（4)進行加速度計動態(tài)標定； 加速度計標定模塊（4)在一次加速度計標定完成后再正常運行時間T，重復通過北斗 二代測量數據判定模塊（2)監(jiān)控北斗二代信息采集器（5)采集到的速度數據，通過加速度 計誤差參數估計模塊（3)對加速度計刻度因數和加速度計零偏誤差估計值進行重新標定， 并根據加速度計標定模塊（4)首次標定加速度計的判定準則確定是否需要對預設的加速度 計刻度因數和加速度計零偏誤差估計值進行更新，實現(xiàn)加速度計的動態(tài)標定。
【文檔編號】G01P21/00GK104122412SQ201410364633
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權日:2014年7月29日
【發(fā)明者】羅楊, 鄭麗瑩 申請人:北京機械設備研究所