MEMS惯性测量单元测试标定方法研究
MEMS惯性器件标定方法与试验研究
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机 误 差 。一种 成熟 的惯性 传 感器误 差 模型 在本 文中 应用 。它 是一 个 统 一 的数 学模 型 ，因为它 适应 于加 速 度计 和陀 螺仪 。单 个惯 性传 感 器件 的误差 模 型如下 式：
＝ ＋曳 （１ ）
图 ２陀螺 仪 的动 态标 定
陀螺 仪也 是惯 导 系统 中尤 为重 要 的组 件之 一 ，它 的精 度将 直接
式 中的ｓ 是惯 性 器件 直接 输 出 的转 化值 ，ｓ 是理 论惯 性 器 件输 出转 化 值 ，ｂ 。 就 是零 偏 ，Ｋ阵是 一个 ３ ×３ 的系 数矩 阵 ，主对 角线 元 素 便是 刻度 因数 ，剩 余各 个位置 表示 的 是非正 交安 装误 差 。 ２ ． １ 加速 度计 标定方 案 加 速 度计 的精 度很 重要 ，为 保障 后续 数据 的处 理精 确 性 ，本文 采用 的是 ６ 位置 静 态标 定法 ，将Ｉ ＭＵ器件 安装 完毕 后 ，按照 图 ｌ 的六 个位置 分 别收集 三个 方 向加速 度计 的数据 。
【 关键词 】 惯性器件 ；零偏；刻度 因数 ；标定补偿
１ ． 引言
基于 微机 电技 术（ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍｅ ． ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ， ＭＥ ＭＳ ） 惯性 组件 的微 惯性 单￣（ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ — Ｉ ｎ ｅ ｒ ｔ ｉ ａ ｌ Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ Ｕ ｎ ｉ ｔ ， ＭＩ ＭＵ ） 具有 体积 小 、功 耗低 、低 成 本 、可靠 性 好等 优 点…，但 是 由于其 工作 机 理 及 加工 工艺 的特 殊性 ，与传 统 的惯性 器 件有 所不 同 ，因此 以保障微 惯 性 器件 的 精度 而采 取的标 定 方案 尤为 呕要 ，也 成为 当 前惯性 导航 技 术的热 点研 究 问题 ｌ 。
惯性测量单元标定测试装夹方法研究
0引言惯导系统是精确制导武器中不可或缺的重要组成部分，随着技术的发展，光纤陀螺已开始应用于现代惯导系统。
相比较而言，光纤陀螺惯导系统具有高可靠、长寿命、参数稳定性好、性能不受启动次数影响等特点，为惯性测量产品实现长期免标定、免维护创造了条件。
但光纤陀螺也有不足之处，例如其对温度等环境因素相对较敏感[1]。
因此，采用光纤陀螺的某惯性测量单元装配完成后需要在常温、高温、低温情况下对其标定、测试，然后将标定得到的参数写入惯性测量单元中，以提高惯导系统的精度。
惯性测量单元标定测试周期较长，一直是全弹生产的瓶颈之一。
因此，研究标定测试装夹方法，优化标定测试设备，提高标定测试效率，对全弹生产来说具有重要意义。
本文通过对惯性测量单元的标定测试装夹方法的作者简介院马宇洛(1975-)，男，高级工程师，硕士学位，从事惯性器件测试有关工作。
惯性测量单元标定测试装夹方法研究Research on Installation Method of Inertial Measurement Unit Calibration Test马宇洛（中国空空导弹研究院,河南洛阳471000）Ma Yu-luo (China Airborne Missle Academy,Henan Luoyang 471000）摘要：惯导系统是精确制导武器中不可或缺的重要组成部分，出于精度的考量，惯导系统中的惯性测量单元一般都要进行标定测试。
而惯性测量单元标定测试周期较长，一直是全弹生产的瓶颈之一。
因此，研究标定测试装夹方法，优化标定测试设备，提高标定测试效率，对全弹生产来说具有重要意义。
该文通过对惯性测量单元的标定测试所用的"单轴转台+翻转机构"的方式和"三轴转台"的方式研究对比发现，"三轴转台"的性能明显优于"单轴转台+翻转机构"的形式。
对三轴台装夹方式的选择中，从安装难度、台体设计难度、测试效率等方面的对比，最终选择两发产品头对背同向装夹方式。
imu的参数的标定
imu的参数的标定
IMU（惯性测量单元）的参数标定在导航和定位领域中起着非常
重要的作用。
IMU是一种能够测量和计算物体在空间中的加速度和
角速度的设备，它通常由加速度计和陀螺仪组成。
参数标定是为了
确保IMU能够准确地测量物体的运动状态，从而实现精准的导航和
定位。
首先，IMU的加速度计和陀螺仪需要经过零偏校准。
零偏是指
在没有外力或角速度作用下，传感器输出的信号不为零的偏差。
通
过零偏校准，可以消除这些误差，使得传感器在静止状态时输出为零。
其次，IMU的传感器还需要进行比例因子和非线性误差的校准。
比例因子是指传感器输出值与实际物理量之间的比例关系，而非线
性误差则是指传感器输出值与输入量之间的非线性关系。
通过校准
这些参数，可以提高传感器的测量精度和稳定性。
IMU的参数标定还包括对传感器的温度漂移和尺度因子进行校准。
温度漂移是指传感器在温度变化时产生的误差，而尺度因子则
是指传感器输出值与输入量之间的比例关系。
通过校准这些参数，
可以提高IMU在不同环境条件下的测量准确性。
总之，IMU的参数标定是确保传感器能够准确测量物体运动状态的关键步骤。
只有经过严格的参数标定，IMU才能够在导航和定位系统中发挥其最大的作用，为用户提供精准的定位和导航服务。
imu误差标定
imu误差标定1. 惯性测量单元（IMU）是一种集成了加速度计和陀螺仪等传感器的设备，用于测量物体的线性加速度和角速度。
然而，由于多种因素的影响，IMU测量中存在一定的误差。
为了提高测量的准确性，需要进行误差标定。
本文将介绍IMU误差标定的基本原理和步骤。
2. IMU误差源IMU测量误差主要包括：•零偏（Bias）：由于传感器内部和外部环境的影响，导致测量值存在固定偏差。
•尺度因数（Scale Factor）：传感器输出的实际值与理论值之间存在的比例因子误差。
•非正交性误差：传感器轴之间不完全垂直，导致测量值中存在交叉耦合。
•随机噪声：由于电子器件、温度等因素引起的随机误差。
3. IMU误差标定原理IMU误差标定的基本原理是通过对IMU进行一系列特定运动状态下的测量，并通过数学模型对测量值进行校正，以减小误差。
误差标定通常包括以下步骤：3.1 数据采集：在不同的运动状态下，采集IMU的原始测量数据。
这些运动状态可以包括平移、旋转、静止等。
3.2 数据处理：对采集到的原始数据进行处理，包括去除噪声、滤波、积分等步骤，得到相应的角速度和线性加速度。
3.3 误差建模：构建IMU误差模型，考虑零偏、尺度因数、非正交性误差等因素，建立数学模型描述IMU的测量误差。
3.4 参数估计：利用已知的运动状态和经过处理的测量数据，采用参数估计方法，估计误差模型中的各项参数。
3.5 校正：将估计得到的参数应用到实际测量数据中，进行误差校正，提高IMU的测量准确性。
4. IMU误差标定步骤4.1 准备工作：将IMU装置到需要测量的物体上，并保证IMU在不同的运动状态下可以获得充分的测量数据。
4.2 数据采集：在不同的运动状态下，通过IMU采集一定时间的原始数据，包括角速度和线性加速度。
4.3 数据处理：对采集到的数据进行去噪、滤波等处理，得到平滑的角速度和线性加速度数据。
4.4 误差建模：根据采集到的数据，建立IMU误差模型，考虑零偏、尺度因数、非正交性误差等。
imu标定方法
IMU标定方法引言惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）是一种常见的传感器，用于测量物体的加速度和角速度。
IMU广泛应用于导航、运动控制、姿态估计等领域。
由于制造和环境等因素的影响，IMU的准确性需要经过标定来得到更精确的测量结果。
本文将详细介绍IMU标定方法，并给出具体步骤和注意事项。
一、IMU标定的意义IMU标定是指通过实验手段确定IMU所测量的物理量与实际物理量之间的关系。
标定后的IMU能够提供更准确的加速度和角速度测量值，从而提高导航、姿态估计等应用的精度。
二、IMU标定方法概述IMU标定方法可以分为静态标定和动态标定两种。
其中静态标定是在静止状态下进行，适用于确定IMU的零偏和比例因子等参数；动态标定是在动态运动状态下进行，适用于确定IMU的误差模型和非线性因素等参数。
2.1 静态标定方法静态标定方法通过在静止状态下进行一系列实验，并根据实验数据进行参数拟合，得到IMU的零偏、比例因子等参数。
常用的静态标定方法有：2.1.1 零偏标定1.将IMU放置在水平的平台上，并保持静止。
2.记录一段时间的加速度计和陀螺仪输出数据。
3.对于三轴加速度计和陀螺仪分别计算平均值，得到零偏参数。
2.1.2 比例因子标定1.将IMU放置在已知加速度和角速度的参考系统中。
2.记录IMU和参考系统的输出数据。
3.根据已知加速度和角速度以及IMU的输出数据，计算比例因子参数。
2.2 动态标定方法动态标定方法通过在动态运动状态下进行一系列实验，利用系统动力学模型进行参数估计，得到IMU的误差模型、非线性因素等参数。
常用的动态标定方法有：2.2.1 静态回转法1.将IMU装在一个手持器材上，手持并依次在各个方向上进行平稳的旋转。
2.记录IMU的输出数据和旋转的角度。
3.利用旋转的角度和IMU的输出数据进行参数拟合，得到误差模型参数。
2.2.2 加速度计自由落体法1.将IMU从一定高度自由落下。
基于MEMS技术的惯性测量单元的研究与应用
基于MEMS技术的惯性测量单元的研究与应用近年来，随着科技的不断发展，MEMS（微机电系统）技术在各个领域都得到了广泛的应用。
其中，基于MEMS技术的惯性测量单元在导航、运动控制等领域具有重要的作用。
本文将探讨基于MEMS技术的惯性测量单元的研究与应用。
一、MEMS技术的发展与优势MEMS技术是将微纳制造工艺与传感器技术相结合的一种技术。
它的发展可以追溯到上世纪80年代，而在近几十年间，得到了快速的发展。
MEMS技术的优势主要体现在以下几个方面：首先，MEMS技术具有体积小、重量轻的特点。
由于MEMS器件的尺寸通常在微米到毫米级别，因此可以在小型装置中实现集成，从而大大减小了设备的体积和重量。
其次，MEMS技术具有低功耗的特点。
由于MEMS器件的尺寸小，因此其功耗也相对较低，这使得其在便携式设备中得到了广泛应用。
再次，MEMS技术具有成本低廉的特点。
相比于传统的传感器技术，MEMS技术的制造成本更低，这使得其在大规模生产中具有较大的优势。
最后，MEMS技术具有高精度和高灵敏度的特点。
通过微纳制造工艺的精细加工，MEMS器件可以实现高精度的测量和高灵敏度的响应，从而满足各种应用的需求。
二、基于MEMS技术的惯性测量单元的原理与结构基于MEMS技术的惯性测量单元通常由加速度计和陀螺仪两部分组成。
加速度计用于测量物体在空间中的加速度，而陀螺仪则用于测量物体的角速度。
通过对加速度和角速度的测量，可以得到物体在空间中的运动状态。
在MEMS加速度计中，常用的工作原理有压电效应和微机械悬臂梁效应。
压电加速度计利用压电材料的压电效应，通过测量压电材料上的应变来得到加速度的信息。
而微机械悬臂梁加速度计则利用微纳加工技术制作出微悬臂梁结构，通过测量悬臂梁的振动频率来得到加速度的信息。
在MEMS陀螺仪中，常用的工作原理有震荡器陀螺仪和振动陀螺仪。
震荡器陀螺仪利用谐振器的震荡频率与旋转角速度之间的关系来测量角速度。
而振动陀螺仪则利用微机械悬臂梁的振动频率与旋转角速度之间的关系来测量角速度。
惯性测量单元安装误差系数标定
惯性测量单元安装误差系数标定实验二零一三年六月十日2.1 惯性测量单元安装误差系数标定试验一、实验目的1、掌握惯性测量单元（inertial measurement unit ，IMU ）的标度系数、安装误差、零偏的标定方法；2、利用现有实验条件实现实验过程的设计。
二、实验内容利用单轴速率转台，进行IMU 的安装误差系数标定，并通过公式计算该安装误差系数。
三、实验系统组成单轴速率位置转台、MEMS 惯性测量单元、稳压电源、数据采集系统。
四、实验原理IMU 安装误差系数的计算方法通常，惯导系统至少需要三个陀螺和三个加速度计，用以感知载体的三轴角速度和加速度变化。
将这些陀螺和加计按照敏感轴两两正交的方式集成在一起，安装在一个结构框架上，便构成了一个能感知完整惯性测量信息的小型系统，称之为惯性测量单元。
对惯性测量单元进行标定时，除了要对其中的陀螺、加速度计进行常规标定外，还要考虑由于安装时不能严格保证敏感轴两两正交所带来的交叉耦合误差，即，要对IMU 的安装误差进行标定，测量出不正交角。
因此，在考虑IMU 的安装误差、标度因数误差、零偏误差的情况下，建立东北天坐标系下IMU 的角速度通道误差方程。
x x xx xy xz x y y yx yy yz y z z zxzyzz z K E E E K E E E K ωεωωεωωεω⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦ (1)式中i ω为惯性系统i 轴向陀螺输出角速度，i ω为i 轴向的输入角速度；i ε为i 轴向陀螺零偏；ii K 为i 轴向陀螺标度因数；ij E 为角速度通道的安装误差系数，i和j为坐标轴X，Y，Z的统称。
设输入矩阵为x1xny1ynIz1zn...11ωωωωωω⎡⎤⎢⎥⎢⎥Ω=⎢⎥⎢⎥⎣⎦，输出矩阵为x1xno y1ynz1zn...ωωωωωω⎡⎤⎢⎥Ω=⎢⎥⎢⎥⎣⎦，则标度因数、安装误差系数与陀螺漂移组成的矩阵可按最小二乘法估计为：类似，可计算加速度计的标度因数、安装误差系数与加计零偏。
惯性测量单元的标定方法与补偿分析研究
然后依次类推求出全温的温度系数，以309为标准，进 行补偿。为验证模型的补偿效果，将30°C时的标度因数实测 值与补偿曲线模型进行比较，如下图，维持5。/s。
3建模与补偿
3.1零偏的建模与验证 试验完成后，得到的数据对温度归一化，在对测量点进
行多项式拟合，此时对应的零偏-温度模型的表达试为： 50 = -2033.42(7 /7^)2 + 8217.22(7/7^) = 5025.26 为了验证模型的正确性，研究不同温度条件下对零偏实
际值与模型的吻合情况，由一下结果可以看出。模型有比较 好的效果。
规定时间内测得输出数据的平均值相应的等效输入比力表 示该参数。
偏置重复性：在同样条件及规定时间内,重复测量加速 度计偏置之间的一致程度，以每次测得所得偏置的标准偏差 表示。
偏置/标度因子温度灵敏性：相对于常温下的偏置/标 度因子，由不同温度引起偏置/标度因子变化与温度变化的 比值。
理论方法 光纤陀螺和石英加速度计的零偏不仅对温度敏感，还与 温度的变化率有关，零偏温度重复性试验验证了温度与零偏 之间确实存在确定的关系，因此能够建立零偏与温度之间的 误差模型： 当前，FOG和ACC模型主要使用的一次模型：
理论算法
2021.13
惯性测量单元的标定方法与补偿分析研究
王培云 (山东天星北斗信息科技有限公司，山东济南，250101 )
摘要：惯性测量单元是三轴陀螺和三轴加速度计提供包含运动物体姿态和位置信息的6个独立惯性参数，3个敏感轴 严格互相垂直才能构成空间的直角坐标系，零偏和标度因数是影响精度的最大因素，并且对温度非常敏感，对精度产生 非常大的影响，这个时候就必须进行标定，建立误差模型进行补偿。 关键词：惯性；航天；导航；陀螺；加速度计
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MEMS惯性测量单元测试标定方法研究
随着微机械系统的发展和集成电路制造工艺的快速进步,微惯性技术在导航学科中占据了越来越重要的地位。
微惯性测量单元借助于自身成本低、体积小、自主性强等优势,在军民用导航领域都发挥着越来越重要的作用。
因此,国内外许多科研和教育单位都更加重视微惯性系统的开发与应用。
然而,目前常见的MEMS 惯性测量单元的测量精度都相对比较低,现今着重研究如何合理利用科学方法来提升MEMS惯性测量单元的精度有着极其重大的意义。
设计制造测试标定设备,建立MEMS惯性测量单元正确的数学模型,设计更加简捷快速的标定测试方法,是提高MEMS惯性测量单元精度的重要途径,本文主要针对实验室自制的MEMS惯性测量单元展开误差建模和标定技术研究。
首先,根据MEMS惯性测量单元的标定测试需求从机械结构、软硬件设计等各方面详细介绍了实验室自制的标定测试设备。
其次,分析了MEMS惯性测量单元的误差特性,详细介绍了各个误差参数对MEMS惯性测量单元的影响。
针对随机噪声对MEMS惯性测量单元精度影响较大的实际情况,采用Allan方差法定量分析了MEMS陀螺仪的五种主要噪声。
然后,根据MEMS惯性测量单元的特点,分别建立了MEMS陀螺仪和加速度计的误差模型,对MEMS惯性测量单元的分立标定方法进行了详实介绍,并推导了数据处理公式。
基于实验室自制的三轴测试标定实验设备,设计了MEMS陀螺的速率实验和加速度计的静态多位置实验,并进行了分立标定实验验证了所用方法的实用性。
最后,根据捷联导航误差方程和Kalman滤波器模型建立了合适的状态方程和量测方程,选择合适的MEMS惯性测量单元系统级标定位置编排。
根据设计的转停路径进行了MEMS陀螺惯性测量单元的系统级标定实验。
通过测试实验证明了所提出标定方法的有效性。