[发明专利]基于惯性测量单元旋转的陀螺漂移估计补偿方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于惯性导航技术领域，特别涉及一种基于惯性测量单元旋转的陀螺漂移估计补偿方法及装置，适合于移动机器人在室内、强磁干扰等作业环境下利用惯性测量单元进行姿态定位。

背景技术

惯性导航法是一种常见的姿态测量方法。通过对三轴陀螺仪所测量的运动角速度进行积分，能够计算得到姿态信息。但是由于陀螺仪存在漂移问题，长时间累积计算会产生较大误差，需要利用其他传感器获得的信息对陀螺仪的漂移进行估计和误差补偿。

已有陀螺仪漂移估计补偿方法，如专利“用于对位置测量装置中的漂移进行补偿方法”（CN103109159A）采用低通过滤加速度计信号来补偿陀螺仪漂移造成的误差，但对于漂移造成的平行于铅垂线方向上的误差，需要通过磁罗盘来进行补偿。该方法的不足之处在于：不适合在周围有强磁场干扰的环境下应用。如专利“车辆用陀螺仪的角速度误差修正装置、修正方法”（CN103206965A），采用GPS接收器检测的车辆速度和防伪对陀螺仪传感器输出的角速度误差进行修正，该方法的不足之处在于：不适合在封闭空间下GPS信号微弱的环境下应用，例如室内、煤矿等场合。

已有的单轴或多轴旋转惯性器件的装置及方法，如专利“一种双轴旋转光纤捷联惯性导航装置”（CN102980578），这类装置及方法的不足之处在于：不具有漂移估计的功能，当旋转运动无法将陀螺仪的漂移互相抵消时，装置及方法应用受到限制。

专利“Inertial measurement system with self correction”（US8010308）提出了利用加速度计估计陀螺处于铅垂方向时的漂移以修正航向角的方法。该方法需要确保旋转轴绕水平方向以保证修正精度，不适用于姿态测量系统的姿态角处于任意值的情形。

综上所述，目前对陀螺仪漂移进行估计的方法，都需要在磁场计或GPS等外部传感器的辅助下实现。而当作业环境中磁强计和GPS信号不可靠时，这些附加传感器以及相关的陀螺仪漂移估计方法应用受到限制。例如一种面向大型水轮机叶片表面检测的爬壁移动机器人，由于机器人的坑内作业环境为封闭空间并有强磁场干扰，现有的姿态定位方法无法应用。因此，迫切需要不依靠GPS、磁强计等外界辅助方式，仅利用惯性测量元件自身集成的陀螺仪和加速度计来估计陀螺仪的漂移以减小姿态定位误差的方法。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足之处，提供一种利用惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，简称IMU）旋转实现对陀螺漂移估计并补偿的方法及装置，克服常见的惯性导航方法需要磁场计或GPS等外部传感器辅助的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明所述的基于惯性测量单元旋转的陀螺漂移估计补偿方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)通过惯性测量单元所集成的陀螺仪和加速度计测量角速率和加速度；

2)通过陀螺仪测量的角速率计算时间间隔Δt内惯性测量单元的倾角的变化数值：