專利名稱：一種捷聯(lián)mems慣性測(cè)量單元及安裝誤差標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于慣性測(cè)量單元的設(shè)計(jì)與集成技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于微小型MEMS慣性傳感器的新構(gòu)型的捷聯(lián)微型慣性測(cè)量單元及其微慣性傳感器非正交誤差的標(biāo)定的方法。
背景技術(shù)：
MEMS技術(shù)的快速發(fā)展大大促進(jìn)了微慣性傳感器技術(shù)的進(jìn)步和微小型慣性敏感器在航空、航天、汽車等工業(yè)的應(yīng)用。目前，微小型慣性傳感器集成為微慣性測(cè)量單元通常有三類構(gòu)型，第一由三個(gè)相互正交的MEMS陀螺儀和三個(gè)相互正交的MEMS加速度計(jì)構(gòu)成，測(cè)量載體的角速度和線加速度，這是最常用的一種方式；第二，由4、5或6個(gè)陀螺和加速度計(jì)，按非正交的方式，各敏感軸按一定的夾角構(gòu)成余度慣性測(cè)量單元，這種余度配置的慣性測(cè)量單元存在冗余的傳感器，可靠性高；第三，由6個(gè)或9個(gè)部分正交和部分平行的加速度計(jì)構(gòu)成無(wú)陀螺的慣性測(cè)量單元，利用測(cè)量軸不過(guò)測(cè)量坐標(biāo)系原點(diǎn)的加速度計(jì)測(cè)得的線加速度，轉(zhuǎn)換為角加速度，再通過(guò)對(duì)角加速度積分，計(jì)算得到角速度，這一通過(guò)積分運(yùn)算得到的角速度的較用MEMS陀螺直接測(cè)量的角速度漂移大，穩(wěn)定性差，噪聲特性更加復(fù)雜。
MEMS慣性傳感器的體積小，構(gòu)成慣性測(cè)量單元時(shí)集成工藝精度低，對(duì)慣性測(cè)量單元中傳感器的集成安裝誤差的標(biāo)定和補(bǔ)償是微慣性測(cè)量單元應(yīng)用時(shí)的重要步驟，微慣性測(cè)量單元中加速度計(jì)測(cè)量軸安裝誤差可以以重力矢量采用多位置法在位置轉(zhuǎn)臺(tái)上進(jìn)行標(biāo)定，然而，微慣性測(cè)量單元中的陀螺儀的標(biāo)定則需要利用電動(dòng)角速度轉(zhuǎn)臺(tái)，標(biāo)定過(guò)程復(fù)雜，對(duì)設(shè)備要求高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種不需要電動(dòng)角速度轉(zhuǎn)臺(tái)，只需一臺(tái)角位置轉(zhuǎn)臺(tái)且穩(wěn)定性好的捷聯(lián)MEMS慣性測(cè)量單元，并基于這種捷聯(lián)MEMS慣性測(cè)量單元中微慣性傳感器的配置特點(diǎn)，提出一種標(biāo)定過(guò)程簡(jiǎn)單、便捷的安裝誤差的標(biāo)定方法。
一、捷聯(lián)MEMS慣性測(cè)量單元一種捷聯(lián)MEMS慣性測(cè)量單元，其特征在于包括x軸測(cè)量模塊，y軸測(cè)量模塊和z軸測(cè)量模塊，所述x軸測(cè)量模塊由x軸陀螺儀和YZ雙軸加速度計(jì)構(gòu)成，所述y軸測(cè)量模塊由y軸陀螺儀和ZX雙軸加速度計(jì)構(gòu)成，所述z軸測(cè)量模塊由z軸陀螺儀和XY雙軸加速度計(jì)構(gòu)成，上述陀螺儀和加速度計(jì)均分別連于模擬信號(hào)單片機(jī)采集與處理電路，該模擬信號(hào)單片機(jī)采集與處理電路的輸出信號(hào)經(jīng)輸出接口連于外部導(dǎo)航計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)記錄裝置。雙軸陀螺儀的敏感軸垂直于主平面，上述三個(gè)雙軸加速度計(jì)的每個(gè)加速度計(jì)芯片內(nèi)集成了兩個(gè)測(cè)量軸相互正交的加速度計(jì)。捷聯(lián)MEMS慣性測(cè)量單元實(shí)現(xiàn)對(duì)三維角速度和三維線加速度的測(cè)量。
捷聯(lián)MEMS慣性測(cè)量單元中，集成了十二通道模擬電壓信號(hào)單片機(jī)采集和處理電路，采集MEMS陀螺和MEMS加速度計(jì)輸出的信號(hào)，通過(guò)RS232串口將采集到的信號(hào)輸出。此外與外部的接口中還包含向微慣性測(cè)量單元供電的電源線。
二、捷聯(lián)MEMS慣性測(cè)量單元的安裝誤差標(biāo)定方法捷聯(lián)MEMS慣性測(cè)量單元中模塊之間應(yīng)完全正交，但由于集成工藝誤差，三個(gè)模塊之間存在非正交誤差即為微慣性單元內(nèi)的安裝誤差，本方法的目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)此安裝誤差進(jìn)行標(biāo)定。
針對(duì)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元的構(gòu)型特點(diǎn)，提出了基于重力參考矢量對(duì)其中的MEMS加速度計(jì)和MEMS陀螺儀安裝誤差的標(biāo)定的方法，該方法在首先利用角位置轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)MEMS加速度計(jì)零偏進(jìn)行標(biāo)定的基礎(chǔ)上，利用已標(biāo)定過(guò)的同一安裝平面內(nèi)的兩個(gè)加速度計(jì)測(cè)量矢量的叉積矢量的方向代替MEMS陀螺的敏感軸方向，利用兩軸或三軸角位置轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)MEMS-IMU中MEMS陀螺儀安裝誤差的標(biāo)定。標(biāo)定方法的具體步驟如下(a)加速度計(jì)的零偏電壓標(biāo)定步驟，將捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元置于角位置轉(zhuǎn)臺(tái)上，調(diào)整角位置轉(zhuǎn)臺(tái)，至敏感重力加速度的加速度計(jì)輸出值至最大，記為Vmax，將微慣性測(cè)量單元翻轉(zhuǎn)，調(diào)整角位置轉(zhuǎn)臺(tái)，至反向敏感重力加速度的加速度計(jì)輸出值至最小，記為Vmin，從而，得到零偏電壓Vbias=Vmax+Vmin2;]]>(b)按步驟(a)，依次標(biāo)定YZ雙軸、ZX雙軸和XY雙軸的三個(gè)“雙軸”加速度計(jì)的零偏電壓；(c)采集捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元輸出信號(hào)步驟，該步驟分為以下子步驟①角位置轉(zhuǎn)臺(tái)水平，將捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元置于角位置轉(zhuǎn)臺(tái)上，使捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元的x、y、z軸與角位置轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸重合，采集微慣性單元輸出的三個(gè)角速度信號(hào)與六個(gè)線加速度信號(hào)；②角位置轉(zhuǎn)臺(tái)繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元x軸轉(zhuǎn)γ1角，采集捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元輸出的三個(gè)角速度信號(hào)與六個(gè)線加速度信號(hào)；③角位置轉(zhuǎn)臺(tái)繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元x軸轉(zhuǎn)-γ1角，采集捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元輸出的三個(gè)角速度信號(hào)與六個(gè)線加速度信號(hào)；
④角位置轉(zhuǎn)臺(tái)繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元y軸轉(zhuǎn)θ1角，采集捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元輸出的三個(gè)角速度信號(hào)與六個(gè)線加速度信號(hào)；⑤轉(zhuǎn)臺(tái)繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元x軸轉(zhuǎn)-θ1角，采集捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元輸出的三個(gè)角速度信號(hào)與六個(gè)線加速度信號(hào)；⑥角位置轉(zhuǎn)臺(tái)繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元x軸轉(zhuǎn)γ2角，繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元y軸θ2角，采集捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元輸出的三個(gè)角速度信號(hào)與六個(gè)線加速度信號(hào)；⑦角位置轉(zhuǎn)臺(tái)繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元x軸轉(zhuǎn)-γ2角，繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元y軸θ2角，采集捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元輸出的三個(gè)角速度信號(hào)與六個(gè)線加速度信號(hào)；⑧角位置轉(zhuǎn)臺(tái)繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元x軸轉(zhuǎn)γ2角，繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元y軸-θ2角，采集捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元輸出的三個(gè)角速度信號(hào)與六個(gè)線加速度信號(hào)；⑨角位置轉(zhuǎn)臺(tái)繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元x軸轉(zhuǎn)-γ2角，繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元y軸-θ2角，采集捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元輸出的三個(gè)角速度信號(hào)與六個(gè)線加速度信號(hào)；上述γ1角，θ1角，γ2角，θ2角，均大于等于20度，小于等于75度，-γ1角，θ2角，-γ2角，-θ2角均大于等于-75度，小于等于-20度；上述三個(gè)角速度分別是繞x軸的角速度ωx，繞y軸的角速度ωy，繞z軸的角速度ωz，六個(gè)線加速度分別是x軸向的二個(gè)加速度f(wàn)My_ax和fMz_ax，y軸向的二個(gè)加速度f(wàn)Mz_ay和fMx_ay，z軸向的二個(gè)加速度f(wàn)Mx_az和fMy_az；(d)加速度計(jì)安裝誤差的標(biāo)定步驟，在步驟(c)中采集得到的9組六個(gè)線加速度信號(hào)中，從每組信號(hào)取其中的三個(gè)相互正交線的加速度信號(hào)，如fMz_ax，fMz_ay和fMx_az，扣除根據(jù)步驟(a)和(b)所得的零偏電壓后，組成3×9維的加速度計(jì)測(cè)量值矩陣Am，Am=fMz_ax_1fMz_ax_2fMx_ax_9fMz_ay_1fMz_ax_2···fMz_ax_9-fMx_az_1-fMx_az_2-fMx_az_93×9,]]>步驟(c)信號(hào)采集過(guò)程中，第i組角位置轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)γi，θi下，加速度計(jì)敏感到重力加速度，理想的輸出值為fi=fixfiyfiz=sinθi-cosθisinγi-cosθicosγig,]]>其中γi的數(shù)值等于γ1和-γ1，γ2和-γ2，θi的數(shù)值等于θ1和-θ1，θ2和-θ2，g為重力加速度，9組加速度計(jì)理想的輸出值構(gòu)成理想測(cè)量值矩陣LA=f1xf2xf9xf1yf2y···f9yf1yf2yf9y,]]>設(shè)加速度計(jì)的安裝誤差矩陣為MA，則可按最小二乘關(guān)系MA=LA·Am+=LA·Am(AmAmT)-1]]>求得MA；MEMS陀螺儀安裝誤差的標(biāo)定步驟，在步驟(c)中采集得到的第2-9組中，對(duì)應(yīng)每組采集到的信號(hào)，將其在xyz坐標(biāo)系下的分解寫為矢量形式，作如下叉乘運(yùn)算ωx＝fMx_az×fMx_ay，ωy＝fMy_az×fMy_ax，ωz＝fMz_ax×fMz_ay，則ωx，ωy，ωz分別代表由平面內(nèi)的“雙軸”加速度計(jì)確定的該平面內(nèi)的MEMS陀螺儀的敏感軸的方向，用向量的形式表示為ωm＝[ωxωyωz]T，設(shè)在編號(hào)i＝2，3，…，9的角位置上，重力加速度g計(jì)在機(jī)體系下的投影為fib=sθi-cθisγi-cθicγig,]]>其中，c表示余弦，s表示正弦，故通過(guò)加速度計(jì)測(cè)量值得到的陀螺儀敏感軸方向向量的理想值為ω‾Ti=ωxiωyiωzi=fyibfzibfxibfzibfyibfxib=g2c2θisγicγi-sθicθicγi-sθicθisγi,]]>設(shè)捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元中，MEMS陀螺儀的安裝誤差矩陣為MG，則由步驟(c)采集數(shù)據(jù)的過(guò)程，可以得到測(cè)量值矩陣Ωm=ωx2ωxiωxnωy2···ωyi···ωxnωz2ωziωxnm,]]>每個(gè)測(cè)量位置對(duì)應(yīng)的理想值矩陣為ΩL=g2MG·c2θ2sγ2cγ2c2θisγicγic2θnsγncγn-sθ2cθ2cγ2···-sθicθicγi···-sθncθncγn-sθ2cθ2sγ2-sθicθisγi-sθncθnsγn,]]>根據(jù)最小二乘關(guān)系MG=ΩL·Ωm+=ΩL·ΩmT(Ωm·ΩmT)-1]]>得到MEMS陀螺儀安裝誤差矩陣MG。


圖1捷聯(lián)MEMS慣性測(cè)量單元的組成框2捷聯(lián)MEMS慣性測(cè)量單元傳感器測(cè)量軸空間分布關(guān)系圖具體實(shí)施方式
本發(fā)明的捷聯(lián)MEMS慣性測(cè)量單元的組成如圖1，由三個(gè)MEMS陀螺儀和三個(gè)“雙軸”MEMS加速度計(jì)構(gòu)成，一個(gè)MEMS陀螺儀和一個(gè)“雙軸”加速度計(jì)首先通過(guò)焊接的方式，焊接在事先所設(shè)計(jì)的電路板上，構(gòu)成測(cè)量模塊1，2和3，三個(gè)測(cè)量模塊通過(guò)五個(gè)“銷孔”按正交的方式集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)三維角速度和三維線速度的測(cè)量。
三個(gè)單軸陀螺采用Z軸MEMS陀螺，陀螺儀的敏感軸垂直于陀螺的主平面。三個(gè)“雙軸”加速度計(jì)中，每個(gè)加速度計(jì)芯片內(nèi)集成了兩個(gè)測(cè)量軸相互正交的加速度計(jì)，測(cè)量加速度計(jì)芯片主平面內(nèi)比力的兩個(gè)線加速度分量，三個(gè)“雙軸”加速度計(jì)測(cè)量信息相當(dāng)于六個(gè)單軸加速度計(jì)分成三組，每組的兩個(gè)加速度計(jì)測(cè)量軸相互垂直安裝的測(cè)量效果。
捷聯(lián)MEMS慣性測(cè)量單元中，集成了十二通道模擬電壓信號(hào)單片機(jī)采集電路4，采集MEMS陀螺和MEMS加速度計(jì)輸出的信號(hào)，通過(guò)接口5中的RS232串口將采集到的信號(hào)輸出。此外接口5中包含向捷聯(lián)MEMS慣性測(cè)量單元供電的電源線。其中的慣性傳感器的測(cè)量的空間角速度和線加速度測(cè)量軸的空間分布關(guān)系如圖2所示。
一種捷聯(lián)MEMS慣性測(cè)量單元安裝誤差標(biāo)定方法，詳細(xì)步驟如發(fā)明內(nèi)容中所述。
采用本發(fā)明，主要有以下明顯的效果(1)通過(guò)角位置轉(zhuǎn)臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元中的加速度計(jì)和陀螺儀安裝誤差的同時(shí)標(biāo)定，不再需要電動(dòng)角速度轉(zhuǎn)臺(tái)，且多位置轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)只需進(jìn)行一次，較常規(guī)結(jié)構(gòu)配置的慣性測(cè)量單元的先用角位置標(biāo)定加速度計(jì)安裝誤差，再用角速率轉(zhuǎn)臺(tái)標(biāo)定MEMS陀螺儀安裝誤差的方法，顯著提高了安裝誤差標(biāo)定過(guò)程的便捷性；(2)捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元及其中的慣性傳感器安裝誤差的標(biāo)定方法，只需要一臺(tái)角位置轉(zhuǎn)臺(tái)，較常規(guī)結(jié)構(gòu)配置的慣性測(cè)量單元需要角位置和角速率轉(zhuǎn)臺(tái)相比，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的要求降低；(3)需要特別說(shuō)明的是本發(fā)明中的捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元雖然較常規(guī)結(jié)構(gòu)配置的慣性測(cè)量單元中多使用了三個(gè)加速度計(jì)，對(duì)于使用“雙軸”MEMS加速度計(jì)構(gòu)成的常規(guī)布局的慣性測(cè)量單元而言，本發(fā)明僅多使用了一個(gè)“雙軸”MEMS加速度計(jì)，“雙軸”MEMS加速度計(jì)的成本非常低，在整個(gè)系統(tǒng)中所占比重非常小，故本發(fā)明所多使用的器件造成微慣性測(cè)量單元的成本的增加可以忽略不計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種捷聯(lián)MEMS慣性測(cè)量單元，其特征在于包括x軸測(cè)量模塊，y軸測(cè)量模塊和z軸測(cè)量模塊，所述x軸測(cè)量模塊由x軸陀螺儀和YZ雙軸加速度計(jì)構(gòu)成，所述y軸測(cè)量模塊由y軸陀螺儀和ZX雙軸加速度計(jì)構(gòu)成，所述z軸測(cè)量模塊由z軸陀螺儀和XY雙軸加速度計(jì)構(gòu)成，上述陀螺儀和加速度計(jì)均分別連于模擬信號(hào)單片機(jī)采集與處理電路，該模擬信號(hào)單片機(jī)采集與處理電路的輸出信號(hào)經(jīng)輸出接口連于外部導(dǎo)航計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)記錄裝置，雙軸陀螺儀的敏感軸垂直于主平面，上述三個(gè)雙軸加速度計(jì)的每個(gè)加速度計(jì)芯片內(nèi)集成了兩個(gè)測(cè)量軸相互正交的加速度計(jì)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的捷聯(lián)MEMS慣性測(cè)量單元的安裝誤差標(biāo)定方法，其特征在于該標(biāo)定方法的具體步驟如下(a)加速度計(jì)的零偏電壓標(biāo)定步驟，將捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元置于角位置轉(zhuǎn)臺(tái)上，調(diào)整角位置轉(zhuǎn)臺(tái)，至敏感重力加速度的加速度計(jì)輸出值至最大，記為Vmax，將微慣性測(cè)量單元翻轉(zhuǎn)，調(diào)整角位置轉(zhuǎn)臺(tái)，至反向敏感重力加速度的加速度計(jì)輸出值至最小，記為Vmin，從而，得到零偏電壓Vbias=Vmax+Vmin2;]]>(b)按步驟(a)，依次標(biāo)定YZ雙軸、ZX雙軸和XY雙軸的三個(gè)“雙軸”加速度計(jì)的零偏電壓；(c)采集捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元輸出信號(hào)步驟，該步驟分為以下子步驟①角位置轉(zhuǎn)臺(tái)水平，將捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元置于角位置轉(zhuǎn)臺(tái)上，使捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元的x、y、z軸與角位置轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸重合，采集微慣性單元輸出的三個(gè)角速度信號(hào)與六個(gè)線加速度信號(hào)；②角位置轉(zhuǎn)臺(tái)繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元x軸轉(zhuǎn)γ1角，采集捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元輸出的三個(gè)角速度信號(hào)與六個(gè)線加速度信號(hào)；③角位置轉(zhuǎn)臺(tái)繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元x軸轉(zhuǎn)-γ1角，采集捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元輸出的三個(gè)角速度信號(hào)與六個(gè)線加速度信號(hào)；④角位置轉(zhuǎn)臺(tái)繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元y軸轉(zhuǎn)θ1角，采集捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元輸出的三個(gè)角速度信號(hào)與六個(gè)線加速度信號(hào)；⑤轉(zhuǎn)臺(tái)繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元x軸轉(zhuǎn)-θ1角，采集捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元輸出的三個(gè)角速度信號(hào)與六個(gè)線加速度信號(hào)；⑥角位置轉(zhuǎn)臺(tái)繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元x軸轉(zhuǎn)γ2角，繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元y軸θ2角，采集捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元輸出的三個(gè)角速度信號(hào)與六個(gè)線加速度信號(hào)；⑦角位置轉(zhuǎn)臺(tái)繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元x軸轉(zhuǎn)-γ2角，繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元y軸θ2角，采集捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元輸出的三個(gè)角速度信號(hào)與六個(gè)線加速度信號(hào)；⑧角位置轉(zhuǎn)臺(tái)繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元x軸轉(zhuǎn)γ2角，繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元y軸-θ2角，采集捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元輸出的三個(gè)角速度信號(hào)與六個(gè)線加速度信號(hào)；⑨角位置轉(zhuǎn)臺(tái)繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元x軸轉(zhuǎn)-γ2角，繞捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元y軸-θ2角，采集捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元輸出的三個(gè)角速度信號(hào)與六個(gè)線加速度信號(hào)；上述γ1角，θ1角，γ2角，θ2角，均大于等于20度，小于等于75度，-γ1角，θ2角，-γ2角，-θ2角均大于等于-75度，小于等于-20度；上述三個(gè)角速度分別是繞x軸的角速度ωx，繞y軸的角速度ωy，繞z軸的角速度ωz，六個(gè)線加速度分別是x軸向的二個(gè)加速度f(wàn)My_ax和fMz_ax，y軸向的二個(gè)加速度f(wàn)Mz_ay和fMx_ay，z軸向的二個(gè)加速度f(wàn)Mx_az和fMy_az；(d)加速度計(jì)安裝誤差的標(biāo)定步驟，在步驟(c)中采集得到的9組六個(gè)線加速度信號(hào)中，從每組信號(hào)取其中的三個(gè)相互正交線的加速度信號(hào)，如fMz_ax，fMz_ay和fMx_az，扣除根據(jù)步驟(a)和(b)所得的零偏電壓后，組成3×9維的加速度計(jì)測(cè)量值矩陣Am，Am=fMz_ax_1fMz_ax_2fMz_ax_9fMz_ay_1fMz_ax_2···fMz_ax_9-fMx_az_1-fMx_az_2-fMx_az_93×9,]]>步驟(c)信號(hào)采集過(guò)程中，第i組角位置轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)γi，θi下，加速度計(jì)敏感到重力加速度，理想的輸出值為fi=fixfiyfiz=sinθi-cosθisinγi-cosθicosγig,]]>其中γi的數(shù)值等于γ1和-γ1，γ2和-γ2，θi的數(shù)值等于θ1和-θ1，θ2和-θ2，g為重力加速度，9組加速度計(jì)理想的輸出值構(gòu)成理想測(cè)量值矩陣LA=f1xf2xf9xf1yf2y···f9yf1yf2yf9y,]]>設(shè)加速度計(jì)的安裝誤差矩陣為MA，則可按最小二乘關(guān)系MA=LA·Am+=LA·Am(AmAmT)-1]]>求得MA；(e)MEMS陀螺儀安裝誤差的標(biāo)定步驟，在步驟(c)中采集得到的第2-9組中，對(duì)應(yīng)每組采集到的信號(hào)，將其在xyz坐標(biāo)系下的分解寫為矢量形式，作如下叉乘運(yùn)算ωx＝fMx_az×fMx_ay，ωy＝fMy_az×fMy_ax，ωz＝fMz_az×fMz_ay，則ωx，ωy，ωz分別代表由平面內(nèi)的“雙軸”加速度計(jì)確定的該平面內(nèi)的MEMS陀螺儀的敏感軸的方向，用向量的形式表示為ωm＝[ωxωyωz]T，設(shè)在編號(hào)i＝2，3，…，9的角位置上，重力加速度g計(jì)在機(jī)體系下的投影為fib=sθi-cθisγi-cθicγig,]]>其中，c表示余弦，s表示正弦，故通過(guò)加速度計(jì)測(cè)量值得到的陀螺儀敏感軸方向向量的理想值為ω‾Ti=ωxiωyiωzi=fyibfzibfxibfzibfyibfxib=g2c2θisγicγi-sθicθicγi-sθicθisγi,]]>設(shè)捷聯(lián)MEMS微慣性測(cè)量單元中，MEMS陀螺儀的安裝誤差矩陣為MG，則由步驟(c)采集數(shù)據(jù)的過(guò)程，可以得到測(cè)量值矩陣Ωm=ωx2ωxiωxnωy2···ωyi···ωxnωz2ωziωxnm,]]>每個(gè)測(cè)量位置對(duì)應(yīng)的理想值矩陣為ΩL=g2MG·c2θ2sγ2cγ2c2θisγicγic2θnsγncγn-sθ2cθ2cγ2···-sθicθicγi···-sθncθncγn-sθ2cθ2sγ2-sθicθisγi-sθncθnsγn,]]>根據(jù)最小二乘關(guān)系MG=ΩL·Ωm+=ΩL·ΩmT(Ωm·ΩmT)-1]]>得到MEMS陀螺儀安裝誤差矩陣MG。
全文摘要
一種捷聯(lián)MEMS慣性測(cè)量單元及安裝誤差標(biāo)定方法，屬慣性測(cè)量單元及安裝誤差標(biāo)定方法，該捷聯(lián)MEMS慣性測(cè)量單元包括分別由陀螺儀和雙軸加速度計(jì)構(gòu)成的x軸、y軸和z軸的三個(gè)測(cè)量模塊及模擬信號(hào)單片機(jī)采集和處理電路。所述安裝誤差標(biāo)定方法，包括加速度計(jì)的零偏電壓標(biāo)定；采集捷聯(lián)MEMS慣性測(cè)量單元的輸出信號(hào)；加速度計(jì)安裝誤差標(biāo)定方法；MEMS陀螺儀安裝誤差的標(biāo)定方法。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，不需要電動(dòng)角速度轉(zhuǎn)臺(tái)，只需一臺(tái)位置轉(zhuǎn)臺(tái)，簡(jiǎn)化了設(shè)備，提高了安裝誤差標(biāo)定過(guò)程中的便捷性，主要應(yīng)用于航空、航天及汽車等工業(yè)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01M1/00GK101059384SQ20071002244
公開(kāi)日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2007年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月18日
發(fā)明者劉建業(yè), 李榮冰, 孫永榮, 曾慶化, 趙偉, 賴際舟, 熊智, 華冰 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)