[发明专利]基于微机电系统的惯性测量组合中陀螺仪动态自检方法

说明书

本发明涉及属于惯性传感技术领域，特别涉及一种基于微机电系统的惯性测量组合中陀螺仪动态自检方法，包括采集加速度计信号并计算单位时间内角度变化量；求取单位时间内加速度信号的平均值；对加速度信息进行有效性判断；计算第t时刻的载体姿态角和第t+1时刻的载体姿态角；根据t+1时间角速率积分值进行姿态解算，得到陀螺仪解算出的t+1时刻的解算载体姿态角；判断第t+1时刻的陀螺仪与加速度计载体姿态角差的绝对值是否小于预设阈值，若小于则判定陀螺仪正常；本发明采用MEMS惯性测量组合中加速度计在重力场中求解载体姿态角，与陀螺仪积分进行对比的自检方法，对陀螺仪的零偏及动态输出均进行了检查，提高了陀螺仪自检的准确性。

技术领域

本发明涉及属于惯性传感技术领域，特别涉及基于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)的惯性测量组合中陀螺仪动态自检方法。

背景技术

MEMS惯性测量组合是由三个陀螺仪和三个加速度计组成，测量载体6轴惯性参数的惯性传感器组合。其中MEMS陀螺仪是MEMS惯性测量组合核心传感器之一，通常在上电后需对其进行自检，判定其是否正常工作。MEMS陀螺仪输出可简化为：

ω＝ω₀+ω_i；

其中，ω表示陀螺输出，ω₀表示陀螺零偏，ω_i表示载体角速度。

目前MEMS陀螺仪的自检主要针对静态条件，此时载体角速率ω_i为零，陀螺仪输出ω等于陀螺零偏ω₀；而陀螺仪零偏ω₀在出厂时有范围要求，通过判断ω是否满足出厂时的设定即可有效识别MEMS陀螺仪工作是否正常。但是在载体处于动态条件下，因载体角速率ω_i未知，陀螺仪输出ω是一个随机信号，无法对其正确性进行判断，从而不能识别陀螺仪是否处于正常工作状态。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供动态下一种MEMS惯性测量组合中陀螺仪动态自检方法，具体包括如下步骤：

S1、微机电系统MEMS惯性测量组合上电后采集3轴陀螺仪和3轴加速度计的信号，得到角速率信号和加速度信号；

S2、对角速率信号进行滑动积分，计算单位时间内角度变化量；并对加速度信号进行滤波，求取单位时间内加速度信号的平均值；

S3、对加速度信息进行有效性判断，若加速度信息为有效，则进行步骤S4，否则返回步骤S1；

S4、判断是否得到两组相邻加速度数据，若得到则根据此两组相邻加速度数据数据分别计算得到第t时刻的载体姿态角和第t+1时刻的载体姿态角；否则返回步骤S3；

S5、将第t时刻的姿态角作为初始姿态角，初始化四元数；根据t+1时刻角速率积分值进行姿态解算，得到陀螺仪解算出的t+1时刻的解算载体姿态角；

S6、判断第t+1时刻的陀螺仪解算载体姿态角与加速度计得到载体姿态角差的绝对值是否小于预设阈值，若小于则判定陀螺仪正常，反之则判定陀螺仪故障。

优选的，不同类型的平台采用不同的预设阈值，机载平台的预设阈值设为3°、船载平台预设阈值设为1°、车载平台设预设阈值为2°。

进一步的，单位时间内角度变化量Δθ_t表示为：

其中，Δθ_t表示在t-1～t时间内角度变化量，ω_out表示陀螺的输出。

优选的，单位时间内加速度信号的平均值表示为：