一種多傳感器融合技術外場捷聯慣性組件快速標定方法
2023-05-06 07:44:46 1
一種多傳感器融合技術外場捷聯慣性組件快速標定方法
【專利摘要】本發明的目的在於提供一種多傳感器融合技術外場捷聯慣性組件快速標定方法，採集安裝在旋轉框架檯面上的電子水泡輸出的水平偏差量，將其與旋轉框架位置控制量進行融合，控制轉位機構重新轉位，消除初始位置及框架轉位過程中存在的SIMU水平誤差輸入，現場條件下利用1次通電實現SIMU標定工作，縮短了SIMU標定時間，降低了SIMU標定時對高精度轉位機構的依賴，通過電子水泡融合技術降低了標定轉位機構的設計成本，不需要二次拆裝SIMU就可以完成標定工作，從整體上提高了系統靈活性，進一步促進了現場條件下IMU快速標定方法的研究及應用。
【專利說明】一種多傳感器融合技術外場捷聯慣性組件快速標定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種標定方法，具體地說是捷聯慣性組件標定方法。
【背景技術】
[0002]對SMU的標定，通常條件下都利用實驗室高精度轉位機構來完成。對已經標定的SIMU,隨著系統擱置時間的增加，由於慣性器件材質或者環境因素，致使影響慣性組件輸入輸出的誤差參數將會發生變化，也即原來實驗室標定結果會影響實際現場SIMU的使用，所以需要在系統投入使用前對導航系統的核心部件SIMU作標定。
[0003]如果現場條件下將SMU從載體上拆下來再標定，就需要在現場準備高精度轉臺，就現場標定設備來說，是不允許的。
[0004]如果現場將SIMU拆下再標定，標定結束再次裝配時，由於人為因素或者現場條件限制，會再次引入SMU安裝誤差，影響系統的測量精度，而且安裝誤差的消除也變得非常困難，進一步延長了整個系統的測試時間。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供在降低現場SIMU標定時對高精度轉位機構依賴的同時，避免引入IUM拆裝誤差，減少了 SMU標定時間的一種多傳感器融合技術外場捷聯慣性組件快速標定方法。
[0006]本發明的目的是這樣實現的:
[0007]本發明一種多傳感器融合技術外場捷聯慣性組件快速標定方法，其特徵是:
[0008]採用如下裝置:包括電子水泡、MU、旋轉框架載物臺面、旋轉框架內框架軸、旋轉框架外框架軸、軸系驅動軸承及支撐機構、載體、旋轉框架載物臺面擋板；
[0009](I)將旋轉框架載物臺面與地理水平面平行設置，把旋轉框架載物臺面擋板垂直安裝於旋轉框架載物檯面上，旋轉框架載物臺面擋板一條邊與旋轉框架載物臺面一條邊重合；所述的電子水泡包括3個單軸的電子水泡，3個單軸的電子水泡滿足右手坐標系，其中第一電子水泡和第二電子水泡的測量軸相互垂直，且位於旋轉框架載物臺面內，第三電子水泡貼在旋轉框架載物臺面擋板內側，第三電子水泡的測量軸與旋轉框架載物臺面內的第一電子水泡和第二電子水泡的測量軸垂直；
[0010](2)將第一電子水泡誤差測量軸緊貼旋轉框架載物臺面的一條邊，位於旋轉框架載物臺面內的第二電子水泡緊貼第一電子水泡安裝，第二電子水泡測量軸與第一電子水泡誤差測量軸垂直；
[0011](3)把MU安裝在旋轉框架載物檯面上，軸系驅動軸承及支撐機構安裝在載體上，依靠軸系驅動軸承及支撐機構把旋轉框架載物臺面安裝在旋轉框架內框架軸上，再將旋轉框架內框架軸及旋轉框架外框架軸安裝在載體上；
[0012](4)用陀螺經瑋儀或者北向基準儀對IMU坐標系與當地地理的北向進行對準；
[0013](5)採集旋轉框架載物臺面內2個單軸水泡的輸出，把2個單軸水泡輸出作為水平安裝偏差融合量，利用該偏差量分別控制旋轉框架內框架軸及旋轉框架外框架軸轉動，直到2個電子水泡輸出為零，消除慣性組件安裝時產生的安裝水平誤差；
[0014](6)控制旋轉框架內框架軸及旋轉框架外框架軸至第一個位置，第一個位置時有2個相互垂直的電子水泡與當地地理水平面平行，採集這2個單軸水泡輸出的偏差融合量，將該誤差量分別與旋轉框架內框架軸和旋轉框架外框架軸的轉位位置控制量進行疊加，分別驅動旋轉框架內框架軸和旋轉框架外框架軸轉動，直到這2電子水泡輸出均為零；
[0015](7)在第一個位置，與當地地理水平面平行的2個電子水泡輸出均為零時，採集並保存IMU各個軸輸出數據。
[0016](8)在第I位置IMU輸出數據保存結束後，控制旋轉框架內框架軸和旋轉框架外框架軸轉動至下一個位置，採用步驟(5)和步驟(6)的方式，獲得該位置IMU各個軸輸出數據，直至獲得所有所需位置IMU各個軸輸出數據。
[0017]本發明還可以包括:
[0018]1、IMU幾何中心與旋轉框架載物臺面幾何中心相重合，旋轉框架內框架軸與旋轉框架載物臺面垂直，旋轉框架外框架軸與旋轉框架載物臺面平行，旋轉框架內框架軸及旋轉框架外框架軸組成平面的幾何中心與載體的重心位於一條垂直線上。
[0019]本發明的優勢在於:
[0020]1、在現場條件下，藉助於電子水泡，控制帶有旋轉框架的MU轉位，直接在載體上完成標定，不用將MU拆下後再完成標定，減小了現場對高精度轉位機構的依賴，也減少了標定時間。
[0021]2、利用安裝在旋轉框架檯面上3個的兩兩正交單軸電子水泡消除由於框架坐標系與地理坐標系之間水平不重合而產生的誤差，利用陀螺經瑋儀實現坐標系的方位對準，降低旋轉框架的設計時的精度要求，從而大大減少設計成本。
[0022]3、在標定時可以直接控制旋轉框架轉軸轉位來完成現場IMU的標定，且在每一個位置都能夠藉助水平面內的2個單軸電子水泡消除由於框架轉位誤差而引入的水平輸入誤差，整個標定過程只用位置法來完成，減少了標定所需的標定時間。
[0023]4、利用多傳感器融合技術可以保證整個標定過程是將系統一次通電條件下完成，控制旋轉框架轉軸按照標定方案轉動，每個位置上採集數據，就可以完成參數辨識，極大的減少了系統的測試時間，提高了系統的機動性。
[0024]5、本發明設計的多傳感器融合技術在框架轉位法SIMU標定中的應用方法只要結合轉位標定方案，可以完成IMU全部參數辨識。
[0025]6、本發明涉及的電子水泡可以根據實際標定框架結構需求及設計尺寸選擇多個單軸或者2個雙軸，使得整個標定系統結構設計及選擇更加便捷緊湊。
[0026]7、本發明多傳感器融合技術在框架轉位法SMU標定中的應用方法中，設計中的多傳感器融合思想不局限於多個相同的傳感器，也不局限於多個不同傳感器；其次，消除框架坐標系與地理坐標系之間水平誤差也不局限於電子水泡技術，任何可以敏感到這一水平誤差的傳感器都可以。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明的應用方法圖示意圖；
[0028]圖2為本發明各部件總體安裝示意圖；
[0029]圖3為本發明旋轉框架載物臺面結構安裝圖。
圖4為本發明的流程圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述:
[0031]結合圖1?3，本發明包括以下步驟:
[0032]步驟1，由圖1、2、3，安裝時旋轉框架載物臺面3與地理水平面平行，把旋轉框架載物臺面擋板8垂直安裝於旋轉框架載物臺面3上，旋轉框架載物臺面擋板8 一條邊與旋轉框架載物臺面3 —條邊重合；安裝時3個單軸的電子水泡I滿足右手坐標系，其中2個水泡測量軸相互垂直，位於旋轉框架載物臺面3內，第3個水泡緊貼旋轉框架載物臺面擋板8內側，第3個水泡測量軸與旋轉框架載物臺面3內的2個水泡測量軸垂直。
[0033]步驟2，由圖1、2、3，步驟1，旋轉框架載物臺面3內的2個電子水泡安裝時，其中I個電子水泡誤差測量軸緊貼旋轉框架載物臺面3所在平面的一條邊，位於旋轉框架載物臺面3內的第2個電子水泡緊貼第I個電子水泡安裝，第2個電子水泡測量軸與第I個電子水泡誤差測量軸垂直。
[0034]步驟3，由圖1、2、3，步驟1、2，把IMU2安裝在旋轉框架載物臺面3上，軸系驅動軸承及支撐機構6安裝在載體7上，依靠軸系驅動軸承及支撐機構6把旋轉框架載物臺面3安裝在旋轉框架內框架軸4上，再將旋轉框架內框架軸4及旋轉框架外框架軸5按照既定設計要求安裝在載體7上；安裝時要使得IMU2幾何中心與旋轉框架載物臺面3幾何中心相重合，旋轉框架內框架軸4與旋轉框架載物臺面3垂直，旋轉框架外框架軸5與旋轉框架載物臺面3平行，旋轉框架內框架軸4及旋轉框架外框架軸5組成平面的幾何中心與載體7的重心位於一條垂直線上，安裝完成後系統通電。
[0035]步驟4，依據圖1、4，步驟1、2、3，系統通電後，用陀螺經瑋儀或者北向基準儀對IMU2坐標系與當地地理的北向進行對準。
[0036]步驟5，依據圖1、4，由步驟1、2、3、4，初始位置完成坐標系北向對準後，採集旋轉框架載物臺面3內2個單軸水泡I的輸出，把2個單軸水泡I輸出作為水平安裝偏差融合量，利用該偏差量分別控制旋轉框架內框架軸4及旋轉框架外框架軸5轉動，直到2個電子水泡I輸出為零，消除慣性組件安裝時產生的安裝水平誤差。
[0037]步驟6，依據圖1、4，由步驟5，按照預設標定方案控制旋轉框架內框架軸4及旋轉框架外框架軸5至第I位置，第I位置時有2個相互垂直的電子水泡I與當地地理水平面平行，採集這2個單軸水泡輸出的偏差融合量，將該誤差量分別與旋轉框架內框架軸4和旋轉框架外框架軸5的轉位位置控制量進行疊加，分別驅動旋轉框架內框架軸4和旋轉框架外框架軸5轉動，直到這2電子水泡輸出均為零。
[0038]步驟7，依據圖1、4，由步驟5、6，在第I位置，與當地地理水平面平行的2個電子水泡輸出均為零時，採集並保存IMU2各個軸輸出數據。
[0039]步驟8，依據圖1、4，由步驟7，在第I位置IMU2輸出數據保存結束後，按照預設標定方案分別控制旋轉框架內框架軸4和旋轉框架外框架軸5轉動至下一位置，重複步驟5及步驟6，直至位置標定法所有位置轉位結束且IMU2各個軸輸出數據全部保存結束。
[0040]步驟9，依據圖1、4，由步驟8，在所有位置MU2輸出數據保存完成後，經過數據處理和參數辨識方法就完成IMU2 一次通電標定任務。
[0041]本發明公開了一種多傳感器融合技術在框架轉位法SIMU標定中的應用方法，採集安裝在旋轉框架檯面上的電子水泡輸出的水平偏差量，將其與旋轉框架位置控制量進行融合，控制轉位機構重新轉位，消除初始位置及框架轉位過程中存在的SIMU水平誤差輸入，現場條件下利用I次通電實現SMU標定工作，縮短了 SMU標定時間，降低了 SMU標定時對高精度轉位機構的依賴，通過電子水泡融合技術降低了標定轉位機構的設計成本，不需要二次拆裝SMU就可以完成標定工作，從整體上提高了系統靈活性，進一步促進了現場條件下IMU快速標定方法的研宄及應用。
[0042]本發明具備以下特點:
[0043]1、本發明在現場條件下，將電子水泡測量的SMU標定過程中框架坐標系與地理坐標系之間的水平安裝誤差及旋轉框架轉位水平誤差融合到框架位置控制量中，減小框架水平安裝誤差及框架轉位水平誤差，實現利用低精度框架實現高精度SIMU的標定。
[0044]2、對於電子水泡，可以是垂直安裝在旋轉框架上的2個雙軸電子水泡，也可以是兩兩正交安裝在旋轉框架的檯面上3個單軸電子水泡，通過及時地測量旋轉框架水平軸與地理水平之間的絕對誤差，採集電子水泡的輸出，再將誤差偏差量與旋轉框架位置控制信號融合後，就可以完成標定過程時框架水平誤差補償。
[0045]3、在帶有旋轉框架的IMU系統安裝完成並通電後，通過安裝在旋轉框架上或者旋轉框架的檯面上電子水泡實現框架坐標系與地理坐標水平對準，用北向基準儀完成坐標系北向對準。
[0046]4、SIMU在初始位置時，利用水平面內的水泡直接消除框架在安裝時存在的水平誤差，也可以消除SMU與框架安裝時的安裝水平誤差。
[0047]5、對電子水泡安裝方式來說，控制旋轉框架實現轉位時，可以保證每一位置時有2個相互垂直的單軸電子水泡位於水平面內。
[0048]6、對於電子水泡融合技術SMU框架轉位標定法來說，旋轉框架轉位後，每一個位置時均可及時地藉助水平面內2個單軸電子水泡來減小框架轉位時存在的水平轉位誤差，保證每一位置IMU只獲得理想輸入。
[0049]7、對於多傳感器融合技術，可以用2個雙軸電子水泡相互垂直安裝或者3個單軸子水泡兩兩垂直安裝，除了電子水泡，也可以是其他的傳感器，只要能夠測量所在設備坐標系與地理坐標系之間的水平誤差即可。
[0050]8、對於多傳感器融合技術SMU框架轉位標定法，藉助於傳感器融合技術，只需要按照標定方案控制旋轉框架轉位，採集並保存每一位置MU輸出，就可以在現場用低精度旋轉框架完成高精度SIMU的標定。
【權利要求】
1.一種多傳感器融合技術外場捷聯慣性組件快速標定方法，其特徵是: 採用如下裝置:包括電子水泡、頂I旋轉框架載物臺面、旋轉框架內框架軸、旋轉框架外框架軸、軸系驅動軸承及支撐機構、載體、旋轉框架載物臺面擋板； (1)將旋轉框架載物臺面與地理水平面平行設置，把旋轉框架載物臺面擋板垂直安裝於旋轉框架載物檯面上，旋轉框架載物臺面擋板一條邊與旋轉框架載物臺面一條邊重合；所述的電子水泡包括3個單軸的電子水泡，3個單軸的電子水泡滿足右手坐標系，其中第一電子水泡和第二電子水泡的測量軸相互垂直，且位於旋轉框架載物臺面內，第三電子水泡貼在旋轉框架載物臺面擋板內側，第三電子水泡的測量軸與旋轉框架載物臺面內的第一電子水泡和第二電子水泡的測量軸垂直； (2)將第一電子水泡誤差測量軸緊貼旋轉框架載物臺面的一條邊，位於旋轉框架載物臺面內的第二電子水泡緊貼第一電子水泡安裝，第二電子水泡測量軸與第一電子水泡誤差測量軸垂直； (3)把頂I安裝在旋轉框架載物檯面上，軸系驅動軸承及支撐機構安裝在載體上，依靠軸系驅動軸承及支撐機構把旋轉框架載物臺面安裝在旋轉框架內框架軸上，再將旋轉框架內框架軸及旋轉框架外框架軸安裝在載體上； (4)用陀螺經瑋儀或者北向基準儀對頂I坐標系與當地地理的北向進行對準； (5)採集旋轉框架載物臺面內2個單軸水泡的輸出，把2個單軸水泡輸出作為水平安裝偏差融合量，利用該偏差量分別控制旋轉框架內框架軸及旋轉框架外框架軸轉動，直到2個電子水泡輸出為零，消除慣性組件安裝時產生的安裝水平誤差； (6)控制旋轉框架內框架軸及旋轉框架外框架軸至第一個位置，第一個位置時有2個相互垂直的電子水泡與當地地理水平面平行，採集這2個單軸水泡輸出的偏差融合量，將該誤差量分別與旋轉框架內框架軸和旋轉框架外框架軸的轉位位置控制量進行疊加，分別驅動旋轉框架內框架軸和旋轉框架外框架軸轉動，直到這2電子水泡輸出均為零； (7)在第一個位置，與當地地理水平面平行的2個電子水泡輸出均為零時，採集並保存II 口各個軸輸出數據。 (8)在第1位置III輸出數據保存結束後，控制旋轉框架內框架軸和旋轉框架外框架軸轉動至下一個位置，採用步驟⑶和步驟(6)的方式，獲得該位置頂I各個軸輸出數據，直至獲得所有所需位置測各個軸輸出數據。
2.根據權利要求1所述的一種多傳感器融合技術外場捷聯慣性組件快速標定方法，其特徵是4順幾何中心與旋轉框架載物臺面幾何中心相重合，旋轉框架內框架軸與旋轉框架載物臺面垂直，旋轉框架外框架軸與旋轉框架載物臺面平行，旋轉框架內框架軸及旋轉框架外框架軸組成平面的幾何中心與載體的重心位於一條垂直線上。
【文檔編號】G01C25/00GK104457786SQ201410546633
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月16日 優先權日:2014年10月16日
【發明者】李光春, 嚴平, 蘇沛東, 劉世昌, 光星星, 劉猛, 陳為海, 王歲兒, 唐佳 申請人:哈爾濱工程大學