(重要)CSNC2011_10_利用简易机械装置的IMU标定方法及其误差分析_武汉大学_李由_全文
IMU标定方法和标定流程
IMU标定方法和标定流程受各种因素影响,微机械IMU放五一定时间后，其误差参数和惯性元件参数会发生变化，不能满足导航、制导的精度要求,因此必须定期对其相应参数重新进行标定。
捷联惯测组合（SIMU)技术成熟、精度适中、可靠性高、成本低，被广泛应用于航空、航天、航海等领域,对其标定方法的研究是惯性技术领域的重要内容。
通常通过对捷联惯测组合的标定,分离出其误差系数,并用捷联惯测组合的测量模型对其输出进行补偿,提高惯性导航的精度。
因此,误差系数的标定精度严重影响着惯性导航的精度。
近年来研究出了许多种捷联惯测组合的标定方法,但其中大多数都需要进行位置标定和速率标定。
有的文献提出了一种高精度的“24位置+速率”标定方法，还有一种利用外部信息标定陀螺参数的方法，一级一种基于多元回归的捷联惯测组合标定方法.传统的“位置+速率”标定方法需要精确的北向基准和很高的定位精度或调平精度.这些要求要靠高精度的寻北仪器和水平测量仪器才能实现.传统标定方法所需要的标定时间长，而捷联惯测组合误差系数的特性与通电时间相关,因此通电时间过长所标定出的结果与导弹实际飞行时的误差系数的残差较大，必然带来较大的导航误差.而且过长的标定时间也影响着惯测组合生产厂家和用户的工作效率.结合参考文献内容我们采用一种基于单轴速率转台的捷联惯测组合的标定方法，研究在无北向基准及精确调平的条件下,快速标定出捷联惯测组合全部误差系数的方法。
1.基于单轴速率转台的标定原理基于单轴速率转台的捷联惯测组合标定方法的基本原理为:将捷联惯测组合放置在单轴速率转台上，在任意位置惯测组合的3个轴分别向上、向下及转动180度后,各进行一次静态数据采集。
之后转台匀速旋转一圈。
重力加速度g、地球自转角速度w及转台匀速旋转一圈的时间为已知量，结合捷联惯测组合的测量模型，经过适当的数学变换，分离出捷联惯测组合的误差系数.2 。
误差系数的分离算法2。
1 捷联惯测组合的测量模型及姿态转换加速度通道的测量模型：其中Nax、Nay和Naz分别为3个加速度计单位时间内输出的脉冲数；Ax、Ay，Az分别为3个方向的视加速度;K0x、K0y和K0z分别为3个加速度计偏值;K1x、K1y和K1z分别为3个加速度计输出的脉冲当量；Kyx、Kzx、Kxy、Kzy、Kxz和Kyz为加速度计的安装误差系数。
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标定数学建模及误差分析
计算 法 的研究 “，鲜 有对 标定模 型本 身精 确性 和适 用性 的分 析 与探 讨 ，部 分讨 论 也 只是 基 于 固定模 型 下分 析具体参 数 的影 响ｎ ，缺 乏对模 型严格 准确 的 推导 ，而标 定模 型对 于标 定方法 的选择 、ＩＭＵ性 能评 估 以及 系统 的误 差分配具有 重要意 义 。
ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂｙ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ａｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ＩＭ Ｕ ｃａｌｉｂｒａ．
ｔｉｏｎ ｍ ｏｄｅｌ ｅｒｒｏｒ ｏｎ ａｎｇｕｌａｒ ｒａｔｅ ａｎｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｄｅｒｉｖｅｄ．Ｉｔ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ＩＭ Ｕ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｒｏ ｏｄｅ１
不 同的导航 系统 对 ＩＭＵ标定模 型精度要求 有多 高 ？不 同精 度要求 的 ＩＭＵ标 定应该 采用多 高精度 的 数 学模 型？简化 的 ＩＭＵ标 定模 型对 系统 的导航精 度 有 多大 的影 响？ ＩＭＵ标 定 亟待解 决这些 问题 。本 文 针对 ＩＭＵ标定模 型的精 确性 、适 用性等实际 问题开展
ＩＭＵ标 定 数 学 建 模 及 误 差 分 析
赵桂玲 ，姜雨含 ，李 松
（辽宁工程 技术大学测绘与地理科 学学院 ，辽宁 阜新 １２３０００）
摘 要 ：惯性测量单元 （ＩＭＵ）标定路径设计 和数据处理方法 取决 于 ＩＭＵ标 定数学模型 ，安装 误差是决定 ＩＭＵ标定模型 的重
要 因素 。针对 工程 中加速度计 和陀螺相对 载体安装方式 的不同 ，提 出一种通过坐标 系转换 矩阵建立 ＩＭＵ标定数学模型 的方
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。
imu的安装误差标定方法
imu的安装误差标定方法IMU 安装误差标定方法：安装误差是惯性测量单元 (IMU) 的固有特性，它会影响 IMU 对运动的测量精度。
为了补偿这些误差，需要对 IMU 进行标定。
标定方法：有几种方法可以对 IMU 进行安装误差标定，包括：静止标定：IMU 安装在固定平台上，并记录其输出。
通过比较IMU 输出与平台的已知运动，可以估计安装误差。
运动标定：IMU 安装在运动平台上，例如旋转台或震动台。
通过分析 IMU 输出，可以识别和估计安装误差。
外部参考标定：IMU 与外部参考系统（例如 GPS 或激光跟踪仪）一起使用。
通过比较 IMU 输出与参考系统的测量结果，可以估计安装误差。
步骤：无论使用何种方法，IMU 安装误差标定通常涉及以下步骤：数据采集：从 IMU 记录测量数据，同时对其进行已知运动。
数据处理：分析测量数据以识别安装误差的模式。
模型估计：基于观测到的误差模式开发数学模型。
参数求解：使用优化算法估计模型参数，以补偿安装误差。
验证：使用验证数据集评估标定的准确性和鲁棒性。
应用：IMU 安装误差标定在各种应用中至关重要，包括：导航系统：补偿安装误差提高了导航系统的精度。
运动捕捉：准确测量运动，用于生物力学分析和其他应用。
机器人：提高机器人的运动控制和稳定性。
挑战：IMU 安装误差标定面临着一些挑战，包括：误差来源多样：安装误差可能由多种因素引起，例如偏置、比例因子误差、轴不垂直性和轴间耦合。
数据采集复杂：准确的数据采集需要仔细的实验设计和控制条件。
模型复杂性：用于补偿误差的模型可能是复杂的，需要仔细选择建模参数。
结论：IMU 安装误差标定是补偿惯性传感器固有误差的关键步骤。
通过使用适当的标定方法，可以显着提高 IMU 的测量精度，从而支持各种应用。
imu标定方法及流程
imu标定方法及流程一、imu标定流程1）传感器联调测试：首先测试传感器原件发出的信号，然后根据产品的特性和参数，使用专业设备进行联调测试，设置传感器原件的特性参数，使传感器原件正常工作。
2）imu标定：根据实际情况，安装提出要求的imu传感器，安装平台或被测物体，对imu传感器进行标定。
3）记录测试数据：在标定过程中，记录传感器安装位置和方向，以及确定标定空间的参数，并绘制物体空间的坐标系和imu传感器测量空间的坐标系，同时记录imu传感器精确测量的数据。
4）分析和处理测试数据：对记录的测试数据进行分析、处理，使之能够满足系统工作要求和提出的建模要求。
5）确定imu节点和方向：经过处理后的测试数据，可以确定imu 传感器系统的各个节点的位置和方向。
6）完成实验：经过上述步骤，完成imu传感器系统的标定实验，确定imu传感器系统的各个节点的位置和方向。
二、imu标定原理实际上，imu传感器标定的原理是通过测量空间内物体坐标系和imu传感器测量空间坐标系之间的旋转角度，以及在物体坐标系中多次重复测量imu传感器的位移，对两者之间的重叠度进行精确的测量，从而确定imu传感器的各个节点的位置和方向。
imu传感器标定的原理主要是基于三轴加速度计和三轴陀螺仪。
三、imu标定的应用imu标定通常应用于以下几种情况：1）机器人应用：imu传感器的标定正确地确定了机器人的运动方向，可以使机器人的运动更加准确、简便、节省时间。
2）导航应用：imu标定结果可用于提高导航系统的精度，使定位变得更加准确。
3）无人机应用：无人机在飞行过程中，通过imu标定得到的结果可以提高无人机的定位精度。
4）自动驾驶应用：imu传感器标定结果可以提高自动驾驶系统的定位精度，使车辆更加精准的行进到指定的地点。
机器人力传感器的标定与误差分析
机器人力传感器的标定与误差分析1. 引言在现代机器人技术的发展中，力传感器起到了至关重要的作用。
机器人力传感器可以测量机器人在运动、接触和操作过程中的受力情况，为机器人的控制和决策提供重要的实时数据。
然而，由于环境、材料和制造等多种因素的影响，机器人力传感器可能存在一定的误差。
因此，进行力传感器的标定和误差分析是确保机器人控制精度和可靠性的关键一步。
2. 传感器的标定原理机器人力传感器的标定是将传感器的测量值与实际受力值进行比较和校正的过程。
传感器的标定原理一般包括：应变测量原理、电桥原理和标定方法等。
2.1 应变测量原理机器人力传感器中常用的传感原理是基于电阻应变片的应变测量原理。
当外力作用于传感器时，应变片会产生微小的形变，导致电阻值的改变。
通过对电阻值的测量，可以获取传感器受力的相关信息。
2.2 电桥原理电桥原理是应变测量的核心原理，通过使用四个电阻应变片组成的电桥电路，将传感器的应变量转换为电压信号，再经过放大和滤波处理，得到最终的测量结果。
2.3 标定方法传感器的标定可以采用静态法和动态法两种方法。
静态法是利用不同受力状态下的测量值进行标定，而动态法则是在运动过程中对传感器进行标定。
根据实际需求和应用场景，选择合适的标定方法非常重要。
3. 机器人力传感器的误差来源机器人力传感器的测量误差来自于多个因素，最常见的包括：零漂误差、线性度误差、温度漂移、横向敏感性误差等。
3.1 零漂误差零漂误差指的是传感器在无受力情况下，输出值不为零的状态。
这主要是由于传感器本身的制造问题和其他环境因素导致的。
零漂误差可通过零位校准进行修正。
3.2 线性度误差线性度误差是指传感器的输出值与输入值之间的非线性关系。
通常情况下，传感器的输出应该是线性的，但实际中存在一定的线性度误差。
这种误差可以通过多点标定和曲线拟合的方法进行修正。
3.3 温度漂移温度漂移是由于温度变化引起的传感器输出值的变化。
温度漂移往往是由于传感器内部材料的热胀冷缩引起的。
imu标定原理详解
imu标定原理详解IMU（Inertial Measurement Unit）是一种能够测量物体加速度和角速度的传感器装置，它通常由加速度计和陀螺仪构成。
然而，IMU 的可靠性和精准性却同样取决于其标定是否合适。
IMU标定的目的是消除IMU的误差，以确保它的输出是准确的，从而为后续的应用提供可靠的基础。
在本文中，我们将详细阐述IMU标定的原理。
IMU标定步骤如下：1.数据采集要进行IMU标定，我们首先需要采集一组数据来分析IMU的误差。
在此过程中，我们可以使用IMU运动序列来收集一些惯性数据。
我们可以通过提前编写代码，在IMU中嵌入一个运动方案，运动方案与标准悬置对准，然后测量它对应的的加速度和角速度数据。
2.数据预处理IMU采集到的数据经过预处理后将得到更加准确的分析结果。
这包括一些基本的数据清理操作，比如去掉IMU的固有偏移，这个过程可以通过采用静态标定方法通过加速度计计算得到。
3.标定模型标定模型是用来描述误差的模型。
常用的模型包括简单线性模型、二阶模型、高斯模型等等。
在IMU标定中，通常使用的是简单的一阶线性模型，这个模型包含了加速度传感器和陀螺仪的固有偏移和比例因素。
4.误差参数估计在此步骤中，我们将确定误差参数。
这可以通过首先进行标准运动校准，也就是将IMU放置成一个定义好的位置，并使其运动到已知的另一个位置。
然后，我们将记录IMU输出的“真实”值，然后将其与标准值进行比较，并确定误差参数。
5.误差校正此步骤是用于校正误差的环节。
一旦确定了IMU的误差参数，我们可以使用标定后的数据重新计算加速度和角速度，然后使用这些校正的数据来重新测量当下的运动，从而消除误差。
如想要使用广泛的卡尔曼滤波器来整合IMU数据，也可以权威地结合IMU误差模型进行校正。
总之，IMU标定是整个系统中极为重要的一个步骤，通过对IMU错误参数的校正，可以使得IMU的输出变得更加准确可靠，并且为后续的应用提供更加准确的预测结果。
imu 误差 零偏 尺度因子 i
imu 误差零偏尺度因子 i惯性测量单元（IMU）是一种常用于测量物体的加速度和角速度的传感器装置。
在实际应用中，IMU由于其设计和制造的限制，往往会存在误差，其中零偏和尺度因子是常见的两个误差。
首先，我们来讨论IMU的零偏误差。
零偏指的是传感器在零运动状态下输出的非零值。
简单来说，即使在完全静止的状态下，IMU也会输出一个非零的数值。
这是因为在制造和组装IMU过程中，难免会有一些非理想因素导致传感器的输出值不为零。
例如，温度变化可能导致传感器内部的电路漂移，进而引起零偏误差。
此外，制造过程中的装配不精确也可能导致零偏误差的发生。
在实际使用中，我们可以通过对传感器进行校准来减小或消除零偏误差。
其次，我们来讨论IMU的尺度因子误差。
尺度因子指的是传感器在输入加速度或角速度时输出数值的比例因子误差。
简单来说，即传感器输出值与真实值之间的比例关系并不完全一致。
这种误差可能由于材料的不均匀性、制造工艺的差异或信号处理算法的问题等引起。
尺度因子误差可能导致实际测量结果的缩放变化，从而影响到应用中对精度要求较高的场景。
与零偏误差类似，我们可以通过校准IMU来减小或消除尺度因子误差。
对于IMU的误差进行校准的方法有很多种。
最常见的方法是通过实验和数学模型来对IMU的误差进行建模和估计。
具体来说，可以通过对一系列已知运动状态下的测量结果进行统计分析，得出误差的统计特性，从而求解出误差的估计值。
校准的结果可以被应用到后续的测量过程中，以提高测量结果的精度和准确性。
在实际应用中，IMU的误差和校准是非常重要的。
误差的存在可能会导致测量结果的不准确甚至错误，进而影响到基于这些结果的后续决策和控制。
因此，对于IMU的误差和校准问题需要给予足够的重视。
除了传感器本身的误差外，IMU的零偏和尺度因子误差还会受到一些外部因素的影响。
例如，温度的变化可能会导致传感器的性能发生变化，从而引起误差的变化。
此外，机械冲击、震动和振动等因素也可能对IMU的性能产生负面影响。
imu误差标定 -回复
imu误差标定-回复imu误差标定是指使用惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，简称IMU)时，对其测量结果进行准确性校准的过程。
IMU常包含陀螺仪和加速度计，用于测量物体的角速度和加速度。
然而，由于多种因素的影响，IMU会产生各种误差，如零偏、尺度因子误差、非轴向误差等，影响了测量结果的准确性。
因此，进行IMU误差标定是十分必要的。
在进行IMU误差标定之前，首先需要了解IMU的误差来源。
通常来说，IMU的误差主要包括静态误差和动态误差。
其中，静态误差是指当IMU 处于静止状态时，由于传感器本身的原因造成的误差，如零偏等；动态误差则是指当IMU处于运动状态时，由于传感器的特性导致的误差，如尺度因子误差等。
接下来，我们将一步一步介绍如何进行IMU误差标定：1. 零偏标定：零偏是指当IMU处于静止状态时，传感器输出的非零值。
进行零偏标定的方法通常有两种：静态标定和动态标定。
静态标定是在IMU静止时进行，采集一段时间的数据来计算传感器的零偏。
动态标定则是利用IMU在匀速直线运动中的零轴输出计算零偏，需注意的是，动态标定要求IMU处于稳定运动状态下。
2. 尺度因子误差标定：尺度因子误差是指IMU测量的加速度和角速度与真实值之间的比例误差。
进行尺度因子误差标定时，需要将IMU放置于一个已知加速度或角速度的环境中，并通过比较IMU的输出与已知值来计算尺度因子误差，并进行校正。
3. 非轴向误差标定：非轴向误差是指IMU传感器的测量值在非主轴方向上的误差。
进行非轴向误差标定时，可以采用旋转盘法或球面旋转法。
旋转盘法是将IMU放置在一个旋转的平台上，通过旋转IMU来计算非轴向误差，并进行校正。
球面旋转法则是将IMU固定在一个球面上，并将球面在三维空间内旋转，通过测量IMU的输出来计算非轴向误差。
4. 温度补偿：温度对IMU的传感器性能有着较大的影响。
因此，在进行IMU误差标定时，还需考虑温度补偿。
imu 预积分误差推导
IMU预积分误差推导引言惯性测量单元（Inertial Measurement Unit, IMU）是一种用于测量物体在空间中的加速度和角速度的设备。
IMU广泛应用于航空航天、导航、机器人等领域。
然而，由于传感器本身的误差和测量过程中的噪声等因素，IMU测量结果会存在误差。
为了提高IMU的精度，研究人员提出了一种称为预积分的方法，通过对IMU测量数据进行积分处理来估计物体在空间中的位移和姿态。
本文将详细探讨IMU预积分误差的推导过程，从理论和数学的角度解释预积分误差的来源，并介绍一些常见的误差模型和校准方法。
预积分误差来源IMU测量数据的误差主要来自于三个方面：传感器的固有误差、外界干扰和测量过程中的噪声。
传感器的固有误差IMU中的加速度计和陀螺仪都存在固有误差，这些误差可以分为偏置误差、比例误差和尺度误差。
•偏置误差：加速度计和陀螺仪在静止状态下输出的值不为零，即存在常数偏差。
这种偏差会导致积分结果的漂移。
•比例误差：加速度计和陀螺仪的输出值与真实值之间存在比例关系。
比例误差会导致积分结果的尺度变化。
•尺度误差：加速度计和陀螺仪的输出值与真实值之间存在线性关系，但存在一定的比例因子。
尺度误差会导致积分结果的尺度变化。
外界干扰IMU在实际应用中会受到外界干扰，如振动、温度变化等。
这些干扰会引入附加的加速度和角速度，进而影响IMU的测量结果。
测量过程中的噪声IMU的测量过程中会存在噪声，主要包括高频噪声和低频噪声。
高频噪声会引入随机误差，而低频噪声会引入漂移误差。
预积分误差推导IMU的预积分误差推导是通过对IMU测量数据进行积分，得到物体在空间中的位移和姿态。
在推导过程中，需要考虑传感器的固有误差、外界干扰和测量过程中的噪声。
IMU预积分误差模型首先，我们需要建立IMU预积分误差的数学模型。
假设物体在时间间隔Δt内的位移为Δp，姿态变化为ΔR，加速度计和陀螺仪的测量值分别为a m和ωm，则可以得到以下数学模型：Δp=∫(R(t)a m(t)+g)t0+Δtt0dtΔR=∫ωmt0+Δtt0(t)dt其中，g为重力加速度。
imu 预积分误差推导
imu 预积分误差推导【原创实用版】目录1.引言2.IMU 的定义和作用3.预积分误差的定义和影响因素4.预积分误差的推导过程5.结论正文1.引言惯性测量单元（IMU）是一种常见的惯性传感器，用于测量物体在三维空间中的加速度和角速度。
在许多应用中，如导航、机器人控制和虚拟现实等，IMU 都发挥着重要的作用。
然而，IMU 的测量结果并非完全准确，其中存在一种被称为预积分误差的误差。
本文将介绍预积分误差的定义和影响因素，并详细推导预积分误差的计算过程。
2.IMU 的定义和作用IMU（Inertial Measurement Unit）是一种惯性传感器，主要由加速度计和角速度传感器组成。
加速度计用于测量物体在三维空间中的线性加速度，而角速度传感器则用于测量物体在三维空间中的角速度。
IMU 的主要作用是为物体提供实时的位臵、速度和姿态信息，从而实现对物体运动的精确控制和监测。
3.预积分误差的定义和影响因素预积分误差是指在连续时间间隔内，对加速度和角速度进行积分得到的位臵和姿态误差。
预积分误差的影响因素主要包括以下几个方面：（1）IMU 传感器的精度：IMU 传感器的精度直接影响预积分误差的大小。
精度越高，预积分误差越小。
（2）积分时间间隔：积分时间间隔越长，预积分误差越大。
因为长时间的积分会导致累积的噪声和误差增多。
（3）噪声：IMU 测量过程中存在的噪声也会影响预积分误差。
噪声越大，预积分误差越大。
4.预积分误差的推导过程假设在时间 t=0 时，物体的位臵为 P，速度为 V，姿态为 Q。
在时间 t=Δt 之后，物体的位臵变为 P"，速度变为 V"，姿态变为 Q"。
根据 IMU 测量原理，我们可以得到以下关系：P" = P + Δt * V + 0.5 * Δt^2 * aQ" = Q + Δt * ω其中，a 为物体的加速度，ω为物体的角速度。
由于 IMU 测量的加速度和角速度存在误差，分别为 a_err 和ω_err，因此有：a = a_meas - a_errω = ω_meas - ω_err代入上式，得到：P" = P + Δt * (V + 0.5 * Δt * a_err) + 0.5 * Δt^2 * a_err Q" = Q + Δt * (ω + Δt * ω_err)可见，预积分误差主要包括两部分：一部分是加速度误差导致的位臵误差，另一部分是角速度误差导致的姿态误差。
imu误差 白噪声 零偏 刻度系数 尺度因子 -回复
imu误差白噪声零偏刻度系数尺度因子 -回复这些主题涉及到惯性测量单元（IMU）的几个关键参数和误差源。
IMU是一种用于测量和跟踪物体在空间中的姿态、加速度和角速度的设备。
了解这些参数和误差源对于正确使用和校准IMU非常重要。
首先，让我们来了解IMU误差。
IMU误差是指由于制造、环境或其他因素引起的IMU测量不准确的问题。
这些误差会影响IMU的测量结果，从而影响到使用IMU进行导航、定位和姿态估计等应用中的准确性。
主要的IMU误差源包括白噪声和零偏。
白噪声是指在没有输入信号的情况下，由IMU传感器本身产生的随机噪声。
它是一个高频噪声，对I M U测量结果的准确性产生影响。
白噪声往往表现为I M U输出的一种随机震荡。
由于白噪声的存在，IMU读数总是存在一些“抖动”。
零偏是指IMU传感器在某些特定条件下测量值的固有偏移。
这种偏移可能由于制造过程中的误差、环境因素或传感器自身的非线性特性等原因引起。
零偏会导致IMU在静止状态下也输出非零值，从而影响IMU的精确性。
为了纠正这些误差，我们需要对IMU进行校准。
所谓的校准，就是通过一系列操作和计算，使IMU输出的数据更加准确和可靠。
刻度系数是校准过程中的一个重要参数。
它是指IMU输出与实际物理量（如角速度或加速度）之间的比例关系。
由于制造和组装的不可避免的误差，IMU的输出往往与实际物理量存在一定的差异。
通过校准过程，可以获得IMU 的刻度系数，从而消除这种差异，使其输出更加准确。
尺度因子是另一个与IMU校准相关的重要参数。
它是指IMU输出的值与实际物理量之间的比例关系。
尺度因子可以由实际测量数据和标准参考值进行计算得出。
通过对IMU进行尺度因子校准，可以使其输出的值与实际物理量之间的比例关系更加准确。
为了校准IMU并获得准确的姿态、加速度和角速度测量值，通常需要进行一系列的步骤。
首先，我们需要收集IMU的原始输出数据，并记录IMU在不同姿态、加速度和角速度条件下的值。
imu标定方法及流程
imu标定方法及流程IMU标定方法及流程IMU（Inertial Measurement Unit）是一种测量物体加速度和角速度的设备，它通常由加速度计和陀螺仪组成。
IMU广泛应用于飞行器、机器人、汽车等领域，用于姿态估计、导航和控制等任务。
IMU的精度和稳定性对于这些应用至关重要，而IMU标定是保证其精度和稳定性的关键步骤之一。
IMU标定的目的是确定IMU的误差模型，包括零偏、比例因子、非正交性等，以便在后续的数据处理中进行校正。
IMU标定的流程通常包括以下几个步骤：1. 数据采集IMU标定需要采集一定量的数据，包括加速度计和陀螺仪的输出以及真实的姿态信息。
数据采集时需要保证IMU处于不同的姿态和运动状态下，以覆盖尽可能多的工作范围。
同时，需要保证采集的数据具有一定的随机性和均匀性，以避免过拟合和欠拟合。
2. 数据预处理采集到的原始数据需要进行预处理，包括去除零偏、校正比例因子、对齐坐标系等。
这些预处理步骤可以使用IMU自带的校正程序或者第三方工具进行。
3. 参数估计参数估计是IMU标定的核心步骤，其目的是确定IMU的误差模型。
常用的参数估计方法包括最小二乘法、扩展卡尔曼滤波等。
这些方法需要根据采集到的数据和预处理后的数据进行计算，得到IMU的误差模型参数。
4. 参数优化参数估计得到的误差模型参数可能存在一定的误差，需要进行优化。
常用的参数优化方法包括最小二乘法、非线性优化等。
这些方法可以进一步提高IMU的精度和稳定性。
5. 校正验证校正验证是IMU标定的最后一步，其目的是验证标定结果的准确性和可靠性。
校正验证可以使用真实的姿态信息进行比对，或者使用其他精度更高的传感器进行验证。
IMU标定是一项复杂的任务，需要一定的专业知识和经验。
同时，IMU标定的精度和稳定性对于应用的成功与否至关重要。
因此，IMU标定应该由专业的工程师或者研究人员进行，以确保标定结果的准确性和可靠性。
imu标定方法
imu标定方法
imu标定是指对惯性测量单元（IMU）进行精确校准，以确保其测量结果的准确性和稳定性。
IMU是一种集成了加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器的装置，用于测量物体的加速度、角速度和方向信息。
IMU标定的目的是消除传感器的误差，使其输出的测量结果更加准确。
标定过程通常包括以下几个步骤：
1. 加速度计标定：加速度计常常存在漂移和非线性误差。
在标定过程中，需要将IMU放置在不同的位置和方向，通过与重力加速度的比较来校准加速度计的零偏和比例因子。
2. 陀螺仪标定：陀螺仪也存在漂移和非线性误差。
在标定过程中，需要将IMU 放置在静止和旋转的状态下，通过与已知旋转速度的比较来校准陀螺仪的零偏和比例因子。
3. 磁力计标定：磁力计容易受到外部磁场的干扰，因此需要进行磁力计校准来消除这些干扰。
标定过程中，需要将IMU在不同方向下移动，通过与已知地磁场的比较来校准磁力计的零偏和比例因子。
除了上述传感器的标定，还可以对温度、偏航角等进行标定，以进一步提高IMU 的测量精度。
IMU标定通常需要使用专业的标定设备和算法来实现。
例如，可以使用机械平台来控制IMU在不同的姿态下进行标定，同时使用最小二乘法等算法来进行误差估计和校准参数的求解。
IMU标定的结果对于定位、导航和姿态估计等应用非常重要。
准确的IMU测量结果可以提高飞行器、机器人等系统的运动控制和路径规划的精度，从而提升整个系统的性能和可靠性。
总之，IMU标定是一项重要的工作，通过消除传感器误差和干扰，可以提高IMU 的测量精度，进而提高相关应用的性能。
imu标定原理详解
imu标定原理详解
IMU（惯性测量单元）是一种能够测量加速度和角速度的设备，
常用于机器人、无人机等领域。
在使用过程中，需要对IMU进行标定，以确保测量结果的准确性。
本文将详细介绍IMU标定的原理。
IMU标定的主要目的是确定IMU的初始误差，包括零偏、比例因子误差、非正交性等。
这些误差会影响IMU的测量结果，因此需要进行标定。
IMU标定的基本步骤包括：采集数据、计算误差、校正误差、验证校正效果。
其中，采集数据是最关键的一步。
IMU需要在不同方向上进行旋转，使其能够测量到所有可能的姿态。
同时，需要采集一定时间内的数据，以确保能够覆盖所有可能的误差。
计算误差的过程比较复杂，需要使用数学模型来对数据进行处理。
常用的方法包括最小二乘法、卡尔曼滤波等。
在计算误差时，需要考虑到IMU的各个部分，包括加速度计、陀螺仪、磁力计等，以及其与机器人或无人机的安装位置关系。
校正误差的方法包括硬件校正和软件校正。
硬件校正主要是通过调整IMU的零偏、比例因子等参数来进行校正。
软件校正则是在数据处理过程中进行校正，常用的方法包括批处理和实时校正。
最后，需要验证校正效果。
验证的方法包括利用标准器进行比对、进行静态和动态测试等。
在验证过程中，需要注意的是，验证结果可能会受到环境影响，因此需要进行多次测试，并对结果进行统计分析。
总之，IMU标定是确保IMU测量结果准确的关键步骤，需要仔细
进行。
同时，随着技术的不断进步，IMU标定方法也在不断发展，包括自适应标定、在线标定等，将为IMU的应用提供更大的便利。
imu 误差参数
imu 误差参数（实用版）目录1.IMU 简介2.IMU 误差参数的定义3.IMU 误差参数的种类4.IMU 误差参数的影响5.IMU 误差参数的补偿方法正文1.IMU 简介IMU，全称为 Inertial Measurement Unit，即惯性测量单元，是一种通过测量物体的加速度和角速度来确定其运动状态的设备。
IMU 广泛应用于各种需要精确测量运动状态的领域，如无人机、机器人、虚拟现实等。
2.IMU 误差参数的定义IMU 误差参数是指在 IMU 测量过程中，由于各种原因导致的测量值与真实值之间的偏差。
这些偏差会影响到基于 IMU 数据的运动状态估计和定位结果的准确性。
3.IMU 误差参数的种类IMU 误差参数主要包括以下几个方面：（1）加速度计误差：包括随机误差和系统误差，如噪声、温度漂移等。
（2）陀螺仪误差：包括随机误差和系统误差，如噪声、漂移等。
（3）磁力计误差：主要包括地磁场干扰、传感器灵敏度变化等引起的误差。
4.IMU 误差参数的影响IMU 误差参数会对运动状态估计和定位结果产生影响，具体表现在：（1）位置误差：由于加速度和角速度的测量误差，导致运动轨迹的误差累积。
（2）姿态误差：由于陀螺仪的误差，导致测量的姿态与真实姿态存在偏差。
（3）速度误差：由于加速度计的误差，导致计算出的速度与真实速度存在偏差。
5.IMU 误差参数的补偿方法针对 IMU 误差参数，可以采用以下方法进行补偿：（1）硬件补偿：通过选用高精度的 IMU 传感器，降低误差参数。
（2）软件补偿：通过对 IMU 数据进行滤波处理，如卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波等，减小误差参数的影响。
（3）传感器融合：将 IMU 与其他传感器（如 GPS、磁力计等）的数据进行融合处理，提高运动状态估计和定位的准确性。
总之，IMU 误差参数对于运动状态估计和定位结果的准确性具有重要影响。
imu误差标定 -回复
imu误差标定-回复什么是imu误差标定？IMU，全称为惯性测量单元（Inertial Measurement Unit），是一种集成了加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器的装置。
它常用于航空航天、导航系统和机器人等领域，用于测量和记录物体的加速度和角速度等运动参数。
然而，由于制造工艺和环境因素的影响，IMU传感器会存在一定的固有误差。
这些误差包括加速度计的非线性误差、陀螺仪的漂移误差和磁力计的偏移误差等。
为了保证IMU测量数据的准确性和可靠性，需要对IMU进行误差标定。
IMU误差标定的目的是通过收集IMU的测量数据，并通过一系列的处理步骤，估计和校正出IMU的误差参数。
这样就可以在后续的应用中，根据误差模型进行相应的修正，提高测量精度和可靠性。
那么，如何进行IMU的误差标定呢？第一步：传感器校准IMU的误差标定通常从传感器校准开始。
传感器校准包括对加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器进行静态和动态校准。
静态校准时，将IMU放置在静止不动的环境中，收集传感器输出的数据，并通过计算确定零偏和灵敏度误差等参数。
动态校准时，通过进行特定的运动过程，例如旋转、摇晃和倾斜等，收集传感器输出的数据，并根据运动规律计算出误差参数。
第二步：误差建模在完成传感器校准后，需要建立IMU的误差模型。
误差模型是描述IMU 误差特性的数学模型，通常包括加速度计和陀螺仪的非线性误差、零偏误差和尺度因子误差等。
通过对IMU进行多组数据采集，结合传感器校准得到的参数，可以使用最小二乘法来估计误差模型的参数。
第三步：误差校正误差校正是根据误差模型对IMU的测量数据进行修正。
以陀螺仪为例，通过对陀螺仪的角速度数据进行修正，可以消除其漂移误差。
在误差建模中，通常会得到漂移的零偏和尺度误差参数。
通过将这些参数应用到实际的测量数据中，可以对陀螺仪输出的角速度进行实时的校正，从而提高测量精度。
类似地，对于加速度计和磁力计，也可以根据误差模型进行误差校正，提高测量的准确性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2 标定设计
2.1 标定装置及标定步骤
本文改进了标准六位置法， 利用机械加工中常用的 可倾斜分度头作为双轴手动转台，对 IMU 进行一次安 装即可同时完成对陀螺和加速度计的零偏、标度因子和 交轴耦合的标定。考虑到分度头的机械运动范围和实际 应用中大多数民用载体的运动姿态（如地面车辆不会出 现上下颠倒的状态），对加速度计的标定采用五位置法 （略去 Z 轴颠倒的位置）；而对陀螺的标定采用基于角 度变化的六位置。实验转台如图 1 所示:
论文作者信息
论文题目 所属议题 姓名 单位 第 一 作 者 个 人 信 息 通信地址 邮编 出生年月 最高学历 在读年级 （非在校学 生填写无） 联系电话 电子邮箱
利用简易机械装置的 IMU 标定方法及其误差分析 导航新理论、新技术与新系统及其他 李由
武汉大学卫星导航定位技术研究中心
13554536057 liyou@
δ p (t ) ≈ δ p0 + δ v0 ∆t + δ b0 a
∆t 2 ∆t 3 ∆t 2 + δ b0 g g + δθ 0 g 2 6 2 ∆t 2 +δ A0 zV ∆t + SF0 a f + SF0 g ∆AzV ∆t 2
本文参照六位置法提出了一套基于简易机械装 置的实用可靠的标定方法，并对标定误差做了全面的 定量分析。内容结构如下：第 2 节为标定设计部分， 介绍实验设备及操作步骤等，并分别给出加速度计和 陀螺参数的计算方法；第 3 节为误差分析部分，分别 提出加速度计和陀螺的标定误差模型，并对各种可能 的误差源造成误差传递进行理论分析；第 4 节为具体 实验及标定结果分析；第 5 节为结论。
g 为重力加速度； f 为加
速度计所受比力； ∆Az 为载体航向角变化。 从(3)式可看出， 残留的加速度计零偏或比例因子 误差将造成与时间的平方成比例的定位误差；而陀螺 零偏误差将造成与时间的三次方成比例的位置误差。 在导航过程中可以通过卡尔曼滤波等方法对这些参数 进行估计。但是，滤波需要一定的收敛时间，且当初 始状态误差较大时还可能发散。因此需在使用前给定 合适的初始值。该工作可以通过标定来完成。 因此，惯性传感器和 IMU 的标定对于惯性导航系 统来说是基础而重要的工作。IMU 在批量生产过程中 的标定需要昂贵的专业设备，由于成本问题而主要适 用于较高等级的 IMU。 对于低等级 IMU(如 MEMS 惯导)， 往往需要在使用前由用户做简易标定，所采用的标定 方法要简便易行且不依赖专业设备。 在现有标定方法中，六位置法是一种最为常用的 方法， 见文献文献[3]； 文献[4]改进了该法并用其标定 IMU 的零偏、比例因子和交轴耦合。在此基础上， 学 者们探索了多种方法，力求仅借助简单的设备或常用 装置即可对传感器进行标定。 文献[7]提出了利用重力 加速度来标定加速度计的零偏和比例因子；文献 [10] 对该方法进行了扩展，提出了新的误差模型用来标定 陀螺和加速度计。 文献[11]则提出了用 26 个位置的多 位置法标定加速度计及利用简易的单轴转台标定陀 螺。尽管 IMU 标定方法已比较成熟，但关于标定误 差的全面定量分析还相对较少。
式中： bg 为陀螺零偏矢量； S g 为比例因子误差 矩阵； N g 为陀螺交轴耦合矩阵； ωr 为陀螺的零漂； υ g 为噪声项。 加速度计的输出误差方程可以表示为：
∆f = b f + S f f + N f f + f r +υ f
(2)
式中 b f 为加速度计零偏； S f 为比例因子误差矩 阵； N f 为交轴耦合矩阵； f r 为零漂； υ f 为噪声项。 未经标定的 MEMS 加速度计和陀螺的零偏误差 可能达到数百 mg 及数千 deg/h[1],比例因子误差也可 能达到数万 ppm。 若各误差项未补偿,将对惯导系统造 成如下水平位置误差(假设从初始时刻 t0 到当前时刻 t 期间 IMU 误差为常值，载体运动状态不变)[2]：
You Li1Βιβλιοθήκη Xiaoji Niu1, Hongping Zhang1,2
1. Research Center of GNSS,Wuhan University, Wuhan, China 2. State Key Laboratory of Information Engineering in Surveying,Mapping and Remote Sensing , Wuhan University, Wuhan, China 1. liyou@, 2. xjniu@, 3. hpzhang@
湖北省武汉市洪山区珞瑜路 129 号武汉大学信息学部教学 实验大楼 14 楼
430079
1988 年 3 月 硕士在读
一
是否参加青年优 秀论文评选
是
论文非涉密证明
（请在此粘贴本论文非涉密证明的扫描件图片）
An IMU Calibration Method Using Simple Machinary and the Comprehensive Error Analysis
利用简易机械装置的IMU标定方法及其误差分析
李由 1，牛小骥 1，章红平 1,2
1．武汉大学卫星导航定位技术研究中心，武汉，中国，430079 2．武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，武汉，中国，430079 1. liyou@, 2. xjniu@, 3. hpzhang@
(3)
式中： δ p0 和 δ v0 分别为 t0 时刻的初始水平位置误 差和初始速度误差； ∆t
= t − t0 为时间差； δ b0 a 和 δ b0 g
分别为加速度计和陀螺的零偏误差； δθ0 为 t0 时刻的 倾斜角(横滚或俯仰角)误差； δ A0 z 为 t0 时刻航向角 误差； (V ∆t ) 为行驶距离； SF0 a 和 SF0 g 分别为加速度 计和陀螺的比例因子误差；
Abstract: It is important to calibrate IMU (inertial measurement unit) for inertial navigation systems (INS). However, factory-calibration needs professional equipment and is appropriate for relatively high grade IMUs. For low-cost IMUs, e.g. MEMS IMUs, it is not affordable for the factory-calibration. Therefore they are often calibrated from the user side, using some simple facilities. In this paper, a decent calibration method is proposed based on an improvement to standard six-position method. A tiltable dividing head commonly used in machining is used as a two-axis manual turntable to provide the necessary motions for the calibration. One installation of the IMU on the device will calibrate the biases, scale factors, axis misalignments and cross-axis sensitivities of the gyros and accelerometers. The theoretical analysis focuses on the quantitative analysis to the error prorogations of all error sources that will affect the calibration accuracy. Major error sources of the calibration method are distinguished accordingly. The overall calibration error are give and the further improvements are discussed. The proposed method is applied to calibrate two different grades IMUs. Results has shown that the method is feasible and reliable; the real calibration errors meet the theoretical error analysis. Keywords: IMU; calibration; error analysis; error compensation
定的动作旋转 IMU 至下一个静止位置，期间保持角速度 不大于 30 度/秒并尽快(10 秒内)完成， 如此反复直至完 成所有标定动作。整套标定动作可在二十分钟内完成。 整个过程中 IMU 的标定动作如图 2 所示。图示虚线框中 的 8 个位置的静止数据及其后的旋转数据是后文标定计 算所需的；图中的转动是绕 IMU 相应轴线进行的。 (3) 结束数据采集，做数据处理。
【摘要】惯性测量单元（IMU）的标定对于惯性导航系统是基础而重要的工作。批量生产过程中常用 的标定由于对专业设备的需要而主要适用于较高等级 IMU。对于低等级IMU（如MEMS惯导），用户 需在使用前做简易自行标定，且在标定设计中要注意控制成本。本文改进了标准六位置法，利用简易 的机械装置对IMU进行一次安装即可同时完成对陀螺和加速度计的零偏、 标度因子和交轴耦合的标定。 实验中仅使用一台机械加工中常用的可倾斜分度头作为简易双轴手动位置转台为陀螺和加速度计提供 必要的标定动作。研究重点是对影响标定的各项误差源进行详尽的定量分析，考察其在标定算法中的 误差传播，由此明确各项误差源对标定造成影响的范围，区分主要误差源和非主要误差源，探讨改进 方法。并通过标定几套不同精度的 IMU验证了标定方法的可行性及误差分析的正确性。 【关键词】IMU；标定；误差分析；误差补偿