[发明专利]一种IMU标定系统的自检自校方法

摘要

一种IMU标定系统的自检自校方法，能够实现IMU接口测试、IMU特性参数仿真和系统自检自校功能。该方法在数据传输板添加IMU模拟器功能，实现了IMU特性参数仿真，模拟IMU的实际输出信号。仿真信号从脉冲计数板产品端接口输入，进行IMU标定系统的产品未在环测试，数据经脉冲计数板和数据传输板传到上位机。上位机软件对IMU的各误差项进行计算，完成IMU标定系统的自检自校。

主权项

一种IMU标定系统的自检自校方法，其特征在于：本发明涉及一种IMU标定系统的自检自校方法，IMU标定系统的整体结构如图1所示。●脉冲计数板：产生陀螺同步信号SP1和加计同步信号RDA；提供IMU数据读写接口；对IMU输出信号进行脉冲计数。●数据传输板：将脉冲计数板的数据传到上位机；产生IMU仿真信号。●上位机：控制标定流程，完成IMU各误差项计算。本发明在数据传输板添加IMU模拟器功能，产生IMU仿真信号，即6路陀螺和6路加计脉冲信号。IUM仿真信号包含了陀螺标度因数、安装误差、常值漂移、加计标度因数、安装误差和常值偏置等信息，能够最大程度模拟IMU的实际输出，实现了IMU的特性参数仿真。将IMU仿真信号从脉冲计数板产品端接口输入，进行IMU标定系统的产品未在环测试，数据经脉冲计数板和数据传输板传到上位机，上位机软件对IMU的各误差项进行计算，完成IMU标定系统的自检自校。（1）IMU接口测试数据传输板的FPGA芯片（10）中生成256字节的RAM，并在配置文件中写入初始值。根据IMU的数据读写时序关系，FPGA芯片（10）中编程实现256字节RAM的读写控制接口，模拟IMU的数据读写和存储。脉冲计数板将256字节的数据全部读出，然后经过数据传输板将256字节数据传回上位机，上位机软件比较读出的数据与数据传输板RAM中写入的初始值是否相同，完成IMU接口测试。（2）IMU特性参数仿真数据传输板作为IMU模拟器，在数据传输板的FPGA芯片（10）中编程实现12个脉冲信号发生器，产生IMU仿真信号。IUM仿真信号包含了陀螺和加计的误差信息，信号频率由IMU特性计算得出，以便模拟IMU的真实信号。陀螺脉冲信号频率满足SPa=Aω+D    (1)式中：S=diag[Sx Sy Sz]，Pa=[Pax Pay Paz]T，ω=[ωx ωy ωz]T， D=[Dx Dy Dz]T， A = 1 M xy M xz M yx 1 M yz M zx M zy 1 . 其中，Pa为陀螺脉冲信号频率；S为陀螺仪标度因数；A为陀螺仪的安装误差矩阵；ω为输入陀螺敏感轴的角速度；D为陀螺的常值漂移。加计脉冲信号频率满足KPl=Cf+B    (2)式中：K=diag[kx ky kz]，Pl=[Plx Ply Plz]T，f=[fx fy fz]T，B=[Bx By Bz]T， C = 1 C xy C xz C yx 1 C yz C zx C zy 1 . 其中，Pl为加计脉冲信号频率；K为加计标度因数；C为加计的安装误差矩阵；a为输入加计敏感轴的加速度；B为加计的常值偏置。IMU模拟器能够模拟IMU在6个位置的信号。根据下边各位置的关系式，能够得到每个位置IMU的角速度ω和加速度f，进而根据式(1)和式(2)能够确定6个位置IMU仿真信号的频率，实现IMU的特性参数仿真。位置1： ω x = 0 ω y = 0 ω z = ω ie sin L + ω 1 - - - ( 3 ) 其中，L为纬度；ωie为地球自转角速度；ω1为转台输入角速度。 f x = 0 f y = 0 f z = g - - - ( 4 ) 位置2： ω x = 0 ω y = 0 ω z = - ω ie sin L - ω 1 - - - ( 5 ) f x = 0 f y = 0 f z = - g - - - ( 6 ) 位置3： ω x = ω ie sin L + ω 1 ω y = 0 ω z = 0 - - - ( 7 ) f x = g f y = 0 f z = 0 - - - ( 8 ) 位置4： ω x = - ω ie sin L - ω 1 ω y = 0 ω z = 0 - - - ( 9 ) f x = - g f y = 0 f z = 0 - - - ( 10 ) 位置5： ω x = 0 ω y = ω ie sin L + ω 1 ω z = 0 - - - ( 11 ) f x = 0 f y = g f z = 0 - - - ( 12 ) 位置6： ω x = 0 ω y = - ω ie sin L - ω 1 ω z = 0 - - - ( 13 ) f x = 0 f y = - g f z = 0 - - - ( 14 ) （3）系统自检自校利用并行线缆将数据传输板的自检自校接口与脉冲计数板的产品端接口相连接，数据传输板的FPGA芯片（10）产生的IMU仿真信号，从自检自校接口输出，经过线缆传到脉冲计数板的产品端接口。数据传输板FPGA芯片（10）中生成一个定时器，定时周期为T=2π/ω1，ω1为转台输入角速度。每当定时周期到达时，定时器产生周脉冲信号，模拟转台转动的输出信号。IMU仿真信号通过脉冲计数板的产品端接口进入FPGA芯片（8），FPGA芯片（8）中的12个计数器对各路信号进行4ms计数。每当4ms计数周期到达时，脉冲计数板将计数值传给数据传输板，然后数据传输板通过PCI总线将数据传到上位机。上位机软件利用计数值计算陀螺的、标度因数S、安装误差A和常值漂移D，加计的标度因数K、安装误差C和常值偏置B，通过与IMU仿真器的误差设定值进行比较，检测系统的性能。IMU的6个位置都要进行测试，以完成IMU标定系统的自检自校。