[发明专利]一种基于遗传算法的惯性/地磁传感器标定方法

说明书

技术领域

本发明属于三维姿态跟踪领域，尤其涉及一种针对于内部包含三轴微加速度传感器、三轴微陀螺仪传感器和三轴地磁传感器等惯性/地磁传感器的姿态跟踪单元的误差参数补偿的标定方法。

背景技术

随着微电子机械系统(MEMS)的发展，特别是微惯性技术的发展，载体的位姿获取已经从原来的平台惯导发展到捷联惯导和组合导航技术，其系统的体积、重量和成本大大降低，因此采用惯性/地磁技术进行姿态的跟踪检测有着广泛的前景。最近，苹果公司的iphone手机以及安卓手机都增加了MEMS三轴微加速度传感器，三轴地磁传感器用于获取手机姿态从而设计更自然的人机交互应用。目前，国内外已经设计出了相当多的微惯性姿态测量装置用于姿态测量跟踪，本申请人在专利号为“ZL 200810114391.4”的中国专利“基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置”中提供了一种可用于运动载体姿态测量的装置，该专利在本申请中引入作为参考。在该专利中，采用六轴微惯性传感器(集成了三轴微陀螺仪传感器和三轴微加速度传感器)和三轴磁场传感器来测量运动载体的姿态。

MEMS传感器虽然在微型化，低功耗方面有着无可比拟的优点，但是也存在自身固有的缺点。首先是传感器内部存在固有的噪声干扰；其次是现有的技术无法将三轴微加速度传感器、三轴微陀螺仪传感器以及三轴地磁传感器集成到单芯片上，从而产生了传感器在安装过程中的对准误差；最后MEMS传感器的使用环境和温度也会影响其内部参数，因此MEMS传感器在使用之前需要进行参数标定。

针对三轴微加速度传感器、三轴微陀螺仪传感器和三轴地磁传感器参数的标定，通常情况下，需要一个精密的三轴机械旋转台来准确的获取各个方位的姿态数据，通过转台准确的方位数据与微惯性单元输出的方位数据进行比较，来获取微惯性单元内部的三轴微加速度传感器、三轴微陀螺仪传感器和三轴地磁传感器的标定参数(S.Bonnet，C.Bassompierre，C.Godin，S.Lesecq，A.Barraud“Calibration methods for inertial and magnetic sensors”，Sensors and Actuators A：Physical，Vol 156，Issue 2，2009，pp.302-311)。但是，这种传统的方法不仅需要高精度的转台，还需要设计一个复杂的数据处理方法，并且高精度转台的电机驱动部分容易引入磁场干扰。国内方面，北京航空航天大学、中北大学在微惯性传感器标定方面做出了很多工作。但是国内的研究主要从事的是单个微惯性传感器自身的标定，并且传感器标定过程中需要多自由度高精密转台，从而使得传感器能达到军事应用的水平。最近，中北大学提出了“一种微惯性测量组合现场快速标定方法”(中国专利：20100200418.9，201010134734.0)，该方法可以简单快速的对加速度传感器进行标定。但是该方法没有给出磁传感器和陀螺仪传感器的标定方法；也没有给出三轴微加速度传感器、三轴微陀螺仪传感器和三轴地磁传感器之间的坐标系对准的方法；而且该方法的采样数据是随机的。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于遗传算法的惯性/地磁传感器标定方法。具体是对集成了三轴微加速度传感器、三轴微陀螺仪传感器和三轴地磁传感器组成的姿态跟踪单元的一种快速、简洁的标定方法。

本发明提出的一种惯性/地磁传感器标定方法，具体包括如下步骤：

步骤1：将待标定的包含惯性/地磁传感器的姿态跟踪单元置于二轴无磁转台的水平转台上，启动所述姿态跟踪单元；

步骤2：采集各传感器在二轴无磁转台上的静态数据和动态数据；

步骤3：分离采集得到各传感器的静态数据和动态数据；

步骤4：基于分离得到各传感器的静态数据和动态数据，对姿态跟踪单元中的惯性/地磁传感器进行标定。