一种基于九轴IMU的标定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于九轴IMU的标定方法及装置，方法包括：对IMU进行数据采集；基于当前采集的数据，生成对应的标定参数文件和性能评估文件；基于预先配置的判定阈值，确定标定参数文件和性能评估文件表征的误差向量是否符合预设要求。本发明专利技术主要解决装置成本高、标定时间长、操作复杂等问题，标定设备仅包括一台PC机、带靠面的大理石平台、水平仪、六面体夹具和数据采集软件等；方法操作简单、兼顾效率和精度，对标定过程中IMU正交轴的朝向、旋转方式和旋转角增量等进行了创新设计，在满足陀螺、加表标定精度的同时，可利用标定过程中采集的原始数据，直接对磁强计直接进行标定。直接对磁强计直接进行标定。直接对磁强计直接进行标定。

【技术实现步骤摘要】
一种基于九轴IMU的标定方法及装置


[0001]本专利技术涉及IMU(Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)标定
，尤其涉及一种基于九轴IMU的标定方法及装置。

技术介绍

[0002]九轴IMU主要包括六轴IMU(包括三轴陀螺、三轴加表)和三轴磁强计。现有的标定方法一般将六轴IMU和三轴磁强计分开标定。前者一般使用三轴转台进行静态位置标定和动态速率标定，存在标定设备成本高、标定时间长、操作复杂等问题，而低成本标定方案一般只使用静态位置标定法，标定精度较差。磁强计一般使用无磁转台进行高精度标定，同样存在设备成本高和操作复杂的问题；低成本标定方案通常利用地球磁场矢量采用空间旋转遍历法进行标定，存在可控性差、耗时长等问题。
[0003]九轴IMU传感器主要用于导航定位和测姿，在汽车导航、无人机、智能机器人、行人定位等方面得到了广泛的应用。传感器的确定性误差是最主要的误差源，对定位及测姿的精度影响起决定性作用，为了获得高精度、高可靠的导航信息，就必须对传感器进行误差标定与补偿。
[0004]现有的九轴IMU标定方法，一般采用六轴IMU和磁强计分开标定的方法，联合标定的案例较少。一些现有技术中，首先利用陀螺和加表的输出解算得到俯仰角和横滚角，然后利用该姿态角将三轴磁力计的数据由载体坐标系，转换到导航坐标系下，从而将三轴磁力计在空间各方位旋转所围成的椭球转换为平面的椭圆，根据椭圆目标优化函数，利用SVD分解得到椭球参数。但是该方法只适合水平运动，不满足空间运动导航需求。
[0005]现有的九轴IMU标定方法，主要存在问题：
[0006](1)传统标定设备主要使用高精度转台，标定成本高；
[0007](2)采用六轴IMU和磁强计分开标定的方法，其中磁强计使用人工空间旋转法，操作时旋转空间位置具有随机性，标定结果一致性差，工作效率低；
[0008](3)标定误差评估不够完善，一般只考虑标定误差的峰峰值或均方差。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的技术问题是，如何在不降低标定误差精度的要求下，降低标定成本，提高标定效率；有鉴于此，本专利技术提供一种基于九轴IMU的标定方法及装置。
[0010]本专利技术采用的技术方案是一种基于九轴IMU的标定方法，包括：
[0011]利用上位机软件，对IMU进行数据采集；
[0012]基于当前采集的数据，生成对应的标定参数文件和性能评估文件；
[0013]基于预先配置的判定阈值，确定所述标定参数文件和性能评估文件表征的误差向量是否符合预设要求。
[0014]在一个实施方式中，所述利用上位机软件，对IMU进行数据采集，包括：
[0015]翻动六面体，对所述IMU进行静态六位置的数据采集；
[0016]旋转六面体，对所述IMU进行动态六位置的数据采集。
[0017]在一个实施方式中，所述基于当前采集的数据，生成对应的标定参数文件和性能评估文件，包括：
[0018]基于当前采集的数据，基于加表标定、陀螺标定、以及磁强计标定中的至少一种传感器标定方式，生成对应的标定参数文件和性能评估文件。
[0019]在一个实施方式中，所述加表标定，包括：
[0020]获取所述上位机软件采集的静态六位置的数据；
[0021]对所述静态六位置中的每一组静态采集的数据取平均；
[0022]基于当前的加表数据，确定加表的标定参数；
[0023]使用所述标定参数对六组静态数据进行误差补偿，得到补偿后的加速度计三轴输出数据；
[0024]基于六组加表误差补偿后的输出数据和六组标准输入之间的误差，得到六组误差向量；
[0025]基于所述误差向量，进行误差评估。
[0026]在一个实施方式中，所述陀螺标定，包括：
[0027]获取所述上位机采集的静态六位置的数据；
[0028]获取所述上位机采集的动态六位置的数据；
[0029]对所述静态六位置中的每一组静态采集的数据取平均；
[0030]确定所述动态六位置中的每一组动态采集的陀螺的角增量及动态时间；
[0031]基于当前的数据，确定陀螺标定的标定参数；
[0032]使用所述标定参数对六组静态数据和六组动态数据进行误差补偿，得到补偿后的陀螺三轴输出数据；
[0033]基于陀螺误差补偿后的输出数据和标准输入之间的误差，得到角速度误差向量和角增量误差向量；
[0034]基于所述角速度误差以及角增量误差，进行误差评估。
[0035]在一个实施方式中，所述磁强计标定，包括：
[0036]获取所述上位机采集的IMU静态六位置的数据；
[0037]获取所述上位机采集的IMU动态六位置的数据；
[0038]将所述静态六位置以及所述动态六位置数据中的磁强计数据合成为一个数据文件，作为标定数据源；
[0039]利用所述标定数据源，进行磁强计误差评估。
[0040]在一个实施方式中，所述基于预先配置的判定阈值，确定所述标定参数文件和性能评估文件表征的误差向量是否符合预设要求，包括：
[0041]当前误差均值小于预设的误差阈值，且，当前误差的均方差小于预设的均方差阈值时，标定为通过，否则，标定为不通过。
[0042]本专利技术的另一方面还提供了一种基于九轴IMU的标定装置，包括：
[0043]采集模块，被配置为利用上位机软件，对IMU进行数据采集；
[0044]标定模块，被配置为基于当前采集的数据，生成对应的标定参数文件和性能评估文件；
[0045]判定模块，被配置为基于预先配置的判定阈值，确定所述标定参数文件和性能评估文件是否符合预设要求。
[0046]相较于现有技术，本专利技术至少具备以下优点：
[0047](1)设备成本低。标定设备仅包括一台PC机、带靠面的大理石平台、水平仪、六面体夹具和数据采集软件等。
[0048](2)操作简单。不需要标定人员对IMU标定原理有深入的理解，只需要按照要求摆放IMU，搭配标定软件进行数据采集，即可完成标定数据准备工作。待所有的数据采集完毕后，使用软件的标定参数生成功能，参数自动生成并在软件界面上提示本次标定“通过！”或者“未通过！”。
[0049](3)兼顾效率和精度。对正交轴朝向、正交轴旋转方向、正交轴旋转角增量等进行了创新性设计，可直接利用原始采集数据对磁强计进行标定，在不降低标定精度的同时，节省了标定时间。
[0050](4)对六轴IMU和三轴磁强计的标定结果采用了有效的参数评价和误差分析法，可以作为IMU选型和性能评估的有效手段。
附图说明
[0051]图1为根据本专利技术实施例的基于九轴IMU的标定方法流程图；
[0052]图2为根据本专利技术实施例的基于九轴IMU的标定方法操作平台示意图；
[0053]图3为根据本专利技术实施例的基于九轴IMU的标定方法的应用流程图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于九轴IMU的标定方法，其特征在于，包括：利用上位机软件，对IMU进行数据采集；基于当前采集的数据，生成对应的标定参数文件和性能评估文件；基于预先配置的判定阈值，确定所述标定参数文件和性能评估文件表征的误差向量是否符合预设要求。2.根据权利要求1所述的基于九轴IMU的标定方法，其特征在于，所述利用上位机软件，对IMU进行数据采集，包括：翻动六面体，对所述IMU进行静态六位置的数据采集；旋转六面体，对所述IMU进行动态六位置的数据采集。3.根据权利要求2所述的基于九轴IMU的标定方法，其特征在于，所述基于当前采集的数据，生成对应的标定参数文件和性能评估文件，包括：基于当前采集的数据，基于加表标定、陀螺标定、以及磁强计标定中的至少一种传感器标定方式，生成对应的标定参数文件和性能评估文件。4.根据权利要求3所述的基于九轴IMU的标定方法，其特征在于，所述加表标定，包括：获取所述上位机软件采集的静态六位置的数据；对所述静态六位置中的每一组静态采集的数据取平均；基于当前的加表数据，确定加表的标定参数；使用所述标定参数对六组静态数据进行误差补偿，得到补偿后的加速度计三轴输出数据；基于六组加表误差补偿后的输出数据和六组标准输入之间的误差，得到六组误差向量；基于所述误差向量，进行误差评估。5.根据权利要求3所述的基于九轴IMU的标定方法，其特征在于，所述陀螺标定，包括：获取所述上位机采集的静态六位置的数据；获取所述上位机采集的动态六位置的数据；...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁美桂，魏志强，郭宇，轩新想，马希超，唐文，卢伟，汪心，
申请(专利权)人：电视电声研究所中国电子科技集团公司第三研究所，
类型：发明
国别省市：