本發明提供一種九軸傳感器的誤差參數標定方法。基于標定過程中位置不變及單一位置下環境磁場不變的假設，以慣導機械編排方程和磁力計觀測模型為系統狀態方程，使用偽位置觀測和單一位置下磁場投影分量不變約束構建量測方程，通過卡爾曼濾波得到傳感器標定參數。本發明與現有標定技術相比，算法簡單，效率較高。不僅可以得到陀螺儀、加速度計的零偏和比例因子誤差，而且實現了磁力計的軟、硬磁效應標定，并將磁力計坐標系與慣性傳感器坐標系對齊。本發明可以在無專業設備工具、不依賴外部信息的情況下，通過簡單的標定動作可以獲取較為準確的傳感器標定結果。

技術領域

本發明屬于微機電系統技術領域，特別涉及一種九軸傳感器的誤差標定方法。

背景技術

微機電系統MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems)具有尺寸小、重量輕、可靠性高等優點，近年來，隨著MEMS技術的發展，MEMS傳感器被廣泛應用于手機、游戲設備等。由于制造工藝、加工精度等的影響，MEMS傳感器會存在零偏、比例因子等誤差，并且這些誤差會隨著溫度、時間發生變化。雖然在出廠時廠家給了傳感器誤差標定結果，但還會存在傳感器誤差，這些誤差將會對設備的定位、定姿性能等產生較大影響。此外，磁力計由于軟鐵材料的影響使得磁力計坐標系發生畸變，導致磁強計和陀螺儀/加速度計之間的交叉畸變。

傳統的九軸傳感器標定算法將陀螺儀/加速度計和磁力計進行分開標定，效率低且操作復雜。因此，為提高其定姿、定位性能，簡化標定過程，九軸傳感器同時完成陀螺儀/加速度和磁力計的內在標定和交叉標定是一個亟需解決的問題。

綜上，本發明基于卡爾曼濾波器，包括但不限于此應用場景，無需依賴姿態、重力信息，無需專業設備工具，提出一種簡單有效的九軸傳感器同時標定方法。

發明內容

針對九軸傳感器的內在標定以及由于軟磁效應造成磁力計軸系與陀螺儀/加速度計的交叉畸變，本發明提出了一種使用卡爾曼濾波器同時完成九軸傳感器的標定方法，既可以快速實現標定陀螺儀/加速度計的零位偏置誤差、比例因子誤差，磁力計的零位偏置誤差、交軸耦合誤差、比例因子誤差、軟磁誤差、硬磁誤差，并可以實現磁力計與陀螺儀/加速度計軸系對齊。本發明無需借助任何外界設備，無需參數設置，簡單可行，具有很好的普適性，同時能夠滿足現場快速(20s左右)標定的要求，具有良好的標定精度。

本發明的技術方案為一種九軸傳感器的誤差參數標定方法，具體包括如下步驟：

步驟1，以九軸傳感器的測量中心為旋轉中心，使其繞著傳感器坐標系的X、Y、Z三軸分別旋轉多圈；

步驟2，建立九軸傳感器中陀螺儀、加速度計、磁力計的測量模型，確定標定參數，以方便構建誤差狀態卡爾曼濾波進行傳感器標定；

步驟3，使用捷聯慣導算法解算九軸傳感器在標定過程中各個時刻的位置、速度及姿態，結合當地坐標系下磁場強度與磁力計原始觀測值磁場強度的關系，構建卡爾曼濾波器中的系統誤差狀態方程；

步驟4，標定過程中，基于位置不變和單一位置下環境磁場不變的假設，構建卡爾曼濾波器的量測方程，完成傳感器誤差參數標定。

進一步的，步驟2中陀螺儀的測量模型構建如下，

對陀螺儀的測量模型進行建模時，考慮比例因子誤差、零位偏置誤差及傳感器噪聲，陀螺儀測量模型如下：