[发明专利]一种用于修正惯性传感器坐标轴偏移的方法

说明书

本发明属于传感器领域，具体公开了一种用于修正惯性传感器坐标轴偏移的方法。本修正方法主要用于消除惯性传感器放置在被测对象上时摆放位置错误造成坐标轴偏移而带来的采样误差。本方法使用简单、便捷，不需外加其他设备，成本低廉，可以高精度的修正惯性传感器的坐标轴偏移。

技术领域

本发明属于传感器领域，具体涉及一种用于修正惯性传感器坐标轴偏移的方法。

背景技术

惯性传感器是检测和测量加速度、倾斜、冲击、振动、旋转和多自由度运动的传感器，惯性传感器包括加速度计和角速度传感器(陀螺仪)以及它们的单、双、三轴组合。现在市面上的惯性传感器大多集成了三轴加速度计以及三轴陀螺仪，通常体积较小，廉价，使用方便，因此被广泛运用于数据测量，特别是航空航天领域以及可穿戴设备领域。通过惯性传感器，可以测量物体的加速度、角速度以及姿态。

但是由于惯性传感器小巧，在制作、焊接的过程中往往会出现坐标轴偏移的情况，在安放在被测对象上时，也往往会由于被测对象表面不平整等因素安放偏离理想位置，因此修正惯性传感器坐标轴对于提高测量精度有着重要意义。目前，现有的矫正传感器坐标轴的方法往往需要外加设备，而且大多数是针对于传感器本身的坐标偏移(即实际坐标系与标注坐标系之间的偏差)进行修正，而往往忽略了传感器安放在被测对象上时因安放不规范而形成的与被测对象的坐标轴之间的偏差。因此，提出一种不需要外加设备的、便捷的、针对安放偏差而修正的方法尤其重要。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中惯性传感器坐标系偏离被测对象坐标系带来的误差，通过对传感器测量数据的一系列修正，转移传感器的坐标系使其中各坐标轴的方向与被测对象的各坐标轴方向一致，从而使传感器能够正确测量被测对象各坐标轴方向上的数据。

本发明中所涉及的部分名词含义如下：

惯性传感器是指内部含有三轴加速度计、三轴陀螺仪的传感器；

坐标系包括X、Y、Z三个坐标轴，三轴在立体几何空间内互相垂直；

被测对象的坐标系，是指用户想要进行测量的数据的坐标系，通常由使用被测对象的用户进行定义；

X-Y平面是指由X轴和Y轴构成的平面，X-Z平面、Y-Z平面定义类同。

被测对象在X-Y平面内正向旋转是指在此平面内绕其Z轴的正方向旋转，具体方向可由右手螺旋定则判断。

本发明为解决技术问题，所采用的具体技术方案如下：

一种用于修正惯性传感器坐标轴偏移的方法，其特征在于，包括以下步骤：在将惯性传感器安放在被测对象上后，首先使被测对象在其X-Y平面内正向旋转，通过传感器测得的各个轴的角速度计算惯性传感器的X、Y轴实际方向偏离被测对象的X-Y平面的角度，并通过坐标变换将传感器X、Y轴修正至被测对象的X-Y平面内，传感器Z轴修正至被测对象的Z轴方向；其次使被测对象X轴垂直于水平面，利用传感器测得的Y轴加速度计算惯性传感器X轴偏移被测对象X轴的角度，并通过坐标变换将传感器X轴修正至被测对象X轴方向，传感器Y轴修正至被测对象的Y轴方向。

作为一种优选方式，在将惯性传感器安放在被测对象上后，令该被测对象在其X-Y平面内正向旋转，并由此确定该惯性传感器的X、Y轴实际方向偏离被测对象的X-Y平面的角度：

式中：为该传感器X轴实际方向偏离被测对象的X-Y平面的角度，为该传感器Y轴实际方向偏离被测对象的X-Y平面的角度，为被测对象在其X-Y平面内正方向旋转时该传感器测得的X轴角速度的平均值，为被测对象在其X-Y平面内正方向旋转时该传感器测得的Y轴角速度的平均值，为被测对象在其X-Y平面内正方向旋转时该传感器测得的Z轴角速度的平均值；