陀螺仪漂移的测试原理及方法
干货｜详解陀螺仪工作原理
干货｜详解陀螺仪工作原理MEMS陀螺仪并不是最早应用在消费电子上的运动传感器，加速度传感器、电子罗盘早先一步进入了消费电子市场。
虽然以重力为参照的加速度传感器和以地磁为参照的电子罗盘可以在地球表面形成垂直和水平面的三维空间覆盖，但因为二者均以地球而并非物体本身为参照物，因此不能很好地模拟物体的整个运动过程。
此外，由于加速度传感器容易受到线性运动时产生的力的干扰、电子罗盘容易受到诸如金属及手机等其他磁场的干扰，其应用受到了很大的局限。
陀螺仪这个测量角速度的传感器不仅以物体本身作为参照物，而且具有很高的精度，因此可以对其他运动传感器做有益的补充，从而使得运动检测更加完备。
任天堂的Wii最初采用了三轴(X、Y、Z)加速度传感器，后来又增加了陀螺仪。
任天堂早就知道光有三轴加速度传感器是不够的。
只是当时市面上还没有消费电子级别的陀螺仪可以使用，直到Invensense 推出了第一款用于消费电子的MEMS陀螺仪。
这一情况也发生在了苹果CEO乔布斯的身上。
在2010年6月iPhone 4的发布会上，乔布斯亲自演示了陀螺仪带来的侦测出物体水平方向旋转的创新应用—这一应用是单独基于其他运动传感器无法实现的。
因此，通过了解陀螺仪的工作原理，我们可以切身体会到任天堂和苹果对陀螺仪曾经的企盼，而且也可以帮助国内的消费电子终端厂商巧妙地应用该器件以实现多样化的创新应用。
陀螺仪可以对加速度传感器和电子罗盘进行有益的补充。
当三轴陀螺仪加上三轴加速度传感器形成六轴的运动传感器之后，基本上可以检测到所有形式的运动，包括速度、方向、位移等参数。
物体的运动无外乎六种，X、Y、Z三个方向的位移和X、Y、Z三个方向的转动。
这六种运动方式组成了物体完整的运动轨迹。
如果在六轴运动传感器上加上电子罗盘，则在检测运动轨迹的同时还可以修正绝对位置，实现完美的物体运动轨迹跟踪。
因此，未来陀螺仪的进一步发展应用，是和加速度传感器及电子罗盘紧密联系的。
陀螺仪芯片漂移误差-概述说明以及解释
陀螺仪芯片漂移误差-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述陀螺仪芯片是一种常用的传感器，在许多电子设备和导航系统中被广泛应用。
它可以测量物体的角速度，并提供重要的姿态信息。
然而，由于各种因素的干扰和不完美的设计，陀螺仪芯片会存在漂移误差问题。
这种误差会导致陀螺仪芯片输出的姿态信息与实际姿态有一定的偏差，严重影响了其测量精度和可靠性。
本文将对陀螺仪芯片漂移误差进行深入研究，并探讨其对陀螺仪芯片性能的影响。
首先，我们将介绍陀螺仪芯片的工作原理，解释其如何测量角速度和提供姿态信息。
然后，我们将详细定义陀螺仪芯片漂移误差，并分析其产生原因和影响因素。
在正文的第二部分，我们将讨论影响陀螺仪芯片漂移误差的因素。
这些因素包括温度变化、机械振动、电磁干扰等，它们会扰乱陀螺仪芯片的精确测量。
我们将分析每个因素的影响程度和可能的解决方法，以期降低漂移误差并提高陀螺仪芯片的性能。
最后，在结论部分，我们将总结陀螺仪芯片漂移误差的影响和解决方法。
我们将指出陀螺仪芯片漂移误差对导航系统、无人机等应用领域的重要性，并提出一些可能的改进方向，以进一步减少漂移误差，提高其测量精度和可靠性。
通过对陀螺仪芯片漂移误差的深入研究和讨论，本文旨在增加人们对陀螺仪芯片性能的认识，并对相关领域的研究和实践工作提供有益的指导。
我们相信，通过更好地理解和解决陀螺仪芯片漂移误差问题，我们将能够推动相关技术的发展并取得更好的应用效果。
文章结构部分可以简要介绍整篇文章的组织结构和各个章节的主要内容。
具体内容如下：1.2 文章结构本文将主要围绕陀螺仪芯片漂移误差展开讨论，并按以下章节进行组织和阐述：2.1 陀螺仪芯片的工作原理本节将介绍陀螺仪芯片的基本工作原理，包括其内部构造和运作方式等。
通过对陀螺仪芯片工作原理的介绍，读者可以更好地理解漂移误差的产生机制和影响因素。
2.2 陀螺仪芯片漂移误差的定义在本节中，将详细介绍陀螺仪芯片漂移误差的概念和定义。
陀螺仪原理
陀螺仪原理
陀螺仪是一种利用陀螺效应来测量和维持方向的仪器。
它的原理基于物体的角
动量守恒定律，通过旋转的陀螺来感知方向的变化。
陀螺仪的原理在航空航天、导航系统、惯性导航等领域有着广泛的应用。
首先，我们来了解一下陀螺效应。
当一个陀螺体在外力作用下发生偏转时，它
会产生一个与偏转方向垂直的陀螺力，这就是陀螺效应。
这个效应是由于陀螺体旋转时角动量守恒的结果，使得陀螺体在偏转时保持一定的方向，这就是陀螺仪原理的基础。
其次，陀螺仪的工作原理是通过测量陀螺体的角速度来确定方向。
当外部力使
得陀螺体发生偏转时，陀螺仪会感知到这个偏转，并通过测量陀螺体的角速度来确定偏转的方向和大小。
这样就可以实现对方向的测量和维持，使得陀螺仪可以在航空航天、导航系统等领域发挥重要作用。
陀螺仪的原理还可以通过惯性导航系统来加以应用。
惯性导航系统是一种利用
陀螺仪和加速度计来测量和维持方向的导航系统。
通过测量陀螺仪和加速度计的数据，可以确定物体的位置和方向，从而实现导航和定位的功能。
总的来说，陀螺仪的原理是基于陀螺效应和角动量守恒定律，通过测量陀螺体
的角速度来确定方向。
它在航空航天、导航系统、惯性导航等领域有着广泛的应用，可以实现对方向的测量和维持，是一种非常重要的仪器和技术。
陀螺仪漂移及测试课件
陀螺仪测试中的注意事项
在进行陀螺仪测试时，应确保测试环 境干净整洁，避免灰尘、污垢等杂质 对测试结果造成影响。
在进行动态测试时，应遵循安全操作 规程，确保测试过程中的安全。
测试前应对陀螺仪进行充分的预热， 以确保其性能稳定。
对于高精度的陀螺仪，应采用高精度 的测试设备进行测试，以确保测试结 果的准确性。
陀螺仪的种类和用途
机械陀螺仪
微机械陀螺仪
利用旋转轴的定轴性，用于方向测量 和控制系统，如导弹、飞机、船舶等 导航系统。
利用微机械加工技术制造，具有低成 本、小型化、集成化等特点，用于消 费电子产品、智能穿戴设备等。
光学陀螺仪
利用光束的干涉效应，具有高精度、 抗电磁干扰等特点，用于高精度测量 和控制系统，如卫星定位系统、惯性 导航系统等。
CHAPTER
陀螺仪静态测试
01
02
陀螺仪静态测试是指将 陀螺仪置于静止状态下 进行测试，以评估其性能。
测试内容包括检查陀螺 仪的零点稳定性、分辨 率、噪声水平等。
03
静态测试通常在实验室 环境下进行，以确保测 试结果的准确性。
04
静态测试还可以用于评 估陀螺仪在不同温度和 湿度条件下的性能表现。
陀螺仪动态测试
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02
03
04
陀螺仪动态测试是指在实际运 动状态下对陀螺仪进行测试， 以评估其在动态环境中的性能。
测试内容包括检查陀螺仪的动 态响应速度、抗干扰能力、稳
定性等。
动态测试通常在振动台、离心 机等设备上进行，以模拟实际
使用中的各种运动状态。
动态测试还可以用于评估陀螺 仪在不同运动状态下的性能表 现，如旋转、俯仰、滚动等。
CHAPTER
陀螺仪工作原理
陀螺仪工作原理陀螺仪是一种能够测量和感知物体的角速度的设备。
它的工作原理基于角动量守恒定律和陀螺效应。
角动量守恒定律是指在没有外力作用的情况下，物体的角动量保持不变。
角动量是物体的转动惯量乘以角速度，通常用符号L表示。
当物体发生转动时，其角动量也随之变化。
陀螺仪利用了这一原理来测量物体的转动角速度。
陀螺效应是指一个旋转体的转轴在空间中的变化现象。
当一个旋转体的转轴发生变化时，由于角动量守恒定律的作用，转轴变化的结果会导致旋转体的转动方向发生改变。
陀螺仪利用陀螺效应来感知物体的角速度。
陀螺仪通常由一个或多个陀螺装置组成。
陀螺装置由一个旋转的陀螺和一个支撑陀螺的结构组成。
当陀螺装置受到外力或角速度的作用时，陀螺会发生偏离，此时陀螺的转轴方向就会发生变化。
陀螺仪通过检测这一转轴变化来测量物体的角速度。
陀螺仪的工作原理可以通过以下步骤来解释：1. 初始状态下，陀螺的转轴与某一确定的轴向保持一致，此时陀螺仪处于正常工作状态。
2. 当陀螺仪受到外部力矩或角速度的作用时，陀螺就会由于角动量守恒定律的作用发生偏离，转轴的方向发生改变。
3. 陀螺仪通过传感器来检测转轴的变化，并将这一信息转化为电信号。
4. 电信号经过放大和滤波等处理后，被发送到控制系统或其他设备进行进一步的处理和分析。
陀螺仪广泛应用于导航、航空、航天、自动化控制等领域。
在导航方面，陀螺仪常用于惯性导航系统，用来测量飞行器的角速度和角度，从而实现精确的导航和姿态控制。
在航空和航天领域，陀螺仪则被用于飞行器的姿态稳定和导航系统的精确控制。
在自动化控制领域，陀螺仪可以用来测量物体的转动角速度，从而实现精确的运动控制。
总结起来，陀螺仪的工作原理基于角动量守恒定律和陀螺效应。
通过测量转轴的变化，陀螺仪可以准确地测量物体的角速度和角度，从而在导航、航空、航天、自动化控制等领域中发挥重要作用。
现代导航技术第八章(陀螺仪的测试、标定与补偿)
§8.1 陀螺仪误差测试的基本方法
2、陀螺仪误差测试的种类和方法 （2）速率传递试验 测试方法
在典型的测试中，速率转台的转动速率从零开始，逐级分成 一系列角速率值，同时记录每一级的数据。 旋转速度对于每一级设定的周期上保持常量，使得敏感器的 输出在记录前已处于稳定状态。 施加的角速率在最大和最小的期望值之间递增变化。
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§8.1 陀螺仪误差测试的基本方法
2、陀螺仪误差测试的种类和方法 （3）温度试验
如：全温范围 下的某型号光 纤陀螺标度因 数漂移特性
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§8.1 陀螺仪误差测试的基本方法
2、陀螺仪误差测试的种类和方法 （4）摇摆速率转台试验
此类试验的目的是确定陀螺仪及其相关电子控制电路对施加 于敏感器输入轴的振荡旋转的频率响应特性 测试设备与速率变换测试中所述的速率转台非常类似。 在该情况下，转台同样安装在合适的基座上以提供稳定性， 并施加各种预先设定频率的角运动。
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§8.1 陀螺仪误差测试的基本方法
2、陀螺仪误差测试的种类和方法 （7）冲击试验
试验的目的是测量陀螺仪对于施加的冲击 的响应，并确定该敏感器对于施加的极短 周期(一般为毫秒级)的加速度的恢复能力。 敏感器要安装到金属台上，并将该台从给 定的距离上落到一合适形状的铅块上。 在施加冲击过程中且同样在冲击后的一定 时间内记录输出信号。陀螺仪在冲击前后 漂移均值的对比能够表明该陀螺仪特性的 瞬态或永久性变化。
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§8.1 陀螺仪误差测试的基本方法
2、陀螺仪误差测试的种类和方法 （2）速率传递试验
输出角速率偏差（deg/s）
数据分析
与实际相比的输出偏差曲线
IFOG标度因数测试情况（10℃）
微机电陀螺仪原理
微机电陀螺仪原理引言：微机电陀螺仪是一种基于微机电系统（MEMS）技术的传感器，用于测量和检测物体的角速度和角度变化。
它广泛应用于导航系统、无人机、稳定平台等领域。
本文将介绍微机电陀螺仪的原理，以及其在实际应用中的一些特点和挑战。
一、微机电陀螺仪的原理微机电陀螺仪的原理基于陀螺效应，即当物体自转时，会产生一个与自转轴垂直的力矩，使得物体保持平衡。
具体而言，微机电陀螺仪利用微小的谐振器件来检测物体的角速度和角度变化。
当物体发生旋转时，谐振器件会受到力矩作用而发生微小的位移，通过测量这种位移，可以得到物体的角速度和角度信息。
二、微机电陀螺仪的工作原理微机电陀螺仪通常由两个主要部分组成：驱动部分和感应部分。
驱动部分负责提供激励信号，以使陀螺仪开始振动；感应部分则用于检测陀螺仪的振动情况并将其转换为电信号。
1. 驱动部分驱动部分通常采用压电材料或电磁驱动器来激励陀螺仪振动。
压电材料在施加电场时会产生机械应变，从而使得陀螺仪振动。
电磁驱动器则通过电流产生磁场，与陀螺仪中的磁场相互作用，从而实现驱动。
2. 感应部分感应部分是微机电陀螺仪的核心组成部分，它通过测量陀螺仪振动引起的位移来获取角速度和角度信息。
常见的感应部分包括电容传感器和压阻传感器。
电容传感器通过测量电容的变化来检测位移，而压阻传感器则通过测量阻值的变化来获得位移信息。
三、微机电陀螺仪的特点与挑战微机电陀螺仪具有许多优点，例如体积小、重量轻、功耗低等。
然而，它也面临着一些挑战。
1. 噪声和漂移微机电陀螺仪在实际应用中容易受到噪声和漂移的影响，这会导致测量结果的不准确性。
为了解决这个问题，可以采用信号处理技术和校准方法来降低噪声和漂移对测量结果的影响。
2. 温度影响温度对微机电陀螺仪的性能有很大影响，尤其是对其精度和稳定性。
为了解决这个问题，可以采用温度补偿技术来消除温度引起的误差。
3. 复杂环境下的应用微机电陀螺仪在复杂环境下的应用可能会受到振动、冲击和磁场等干扰。
第6章-陀螺仪漂移及测试
陀螺仪的测试与标定
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§6.1 陀螺漂移的基本概念
一 自由陀螺的漂移 由于各种原因，在陀螺上往往作用有人们所不 希望的各种干扰力矩，在这些可能是很小的干扰力 矩的作用下，陀螺将产生进动，从而使角动量向量 慢慢偏离原来的方向，我们把这种现象称为陀螺的 漂移。把在干扰力矩作用下陀螺产生的进动角速度 称为陀螺的 陀螺漂移的数学模型
陀螺漂移的物理模型
ωd D0 D y a y Dz a z D yy a Dzz a
2 y 2 z
ax a ay az
Dxy a x a y D yz a y a z Dxz a x a z
一 伺服跟踪法的基本原理
双自由度陀螺的单轴转台测漂
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§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
二 伺服跟踪法的测速方法
d ey p
精确定位定向，即陀螺输入轴与转台轴平行，并且要使 转台在地理坐标系中精确定向。 精确地测出转台的转速。
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§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
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§6.5 陀螺漂移的数学模型
普遍采用的陀螺误差模型
ax a a y az
2 d D0 Dx a x D y a y Dz a z D yy a y Dzz a z2
Dxy a x a y D yz a y a z D xz a x a z (ip ) y
二 伺服跟踪法的测速方法
首先在一段时间间隔内，观测转台相对地球的转角，然后根 据地球自转角速度沿转台方向的分量通过计算求得在这段时 间内地球相对惯性空间的转角
陀螺仪卡尔曼滤波漂移
陀螺仪卡尔曼滤波漂移
卡尔曼滤波是一种在各种系统估计和控制系统应用中广泛使用的先进算法，其中包括陀螺仪。
然而，当使用卡尔曼滤波对陀螺仪数据进行处理时，可能会遇到一个常见的问题——漂移。
这种漂移现象通常是由于陀螺仪内部的物理特性导致的，例如热效应、非理想因素等，这些因素可能导致陀螺仪读数的长期偏差，进而严重影响其准确性。
为了解决这个问题，我们可以采取一些方法来减小陀螺仪的漂移。
首先，可以采用更精确的陀螺仪技术来提高测量值的准确性。
其次，可以在系统中使用其他传感器，如加速度计和磁力计等，来辅助姿态估计，以减少对陀螺仪数据的依赖。
此外，还可以通过校准和补偿技术来减小陀螺仪的漂移。
这些方法的应用可以有效地提高姿态估计的准确性，从而解决卡尔曼滤波在处理陀螺仪数据时遇到的问题。
虽然卡尔曼滤波可以用于处理陀螺仪数据，但是由于陀螺仪可能存在的漂移问题，需要采取一些有效的措施来减小其影响。
现代导航技术第九章(陀螺仪随机漂移的分析与处理)
2、平稳随机过程的数学建模方法-时间序列分析法
平稳随机时间序列线性模型的结构形式 （2）滑动平均模型-MA模型 滑动平均模型用MA（q）表示，q代表模型的阶数。该模型把 任一时刻的观测值表示成过去q个时刻的 白噪声的加权叠加：
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§9.2 陀螺随机漂移数据的统计检验和数学建模
2、平稳随机过程的数学建模方法-时间序列分析法
1
现代导航测试技术
第九章 陀螺仪随机漂移的分析与处理
2
第九章 陀螺仪随机漂移的分析与处理
§9.1 描述陀螺仪随机漂移的特征函数 §9.2 陀螺随机漂移数据的统计检验和 数学建模
3
§9.1 描述陀螺仪随机漂移的特征函数
1、概述
陀螺漂移率包含系统性的和随机性的两种分量。 对于系统性的漂移，如线运动和角运动条件下的漂移率， 只要建立的数学模型足够精确，通过漂移补偿计算，便可 消除系统性漂移率对惯导系统的影响。 随机性的漂移率，由于其随时间变化的随机特性，因而在 惯导系统中不能用简单的方法补偿。
1、概述
陀螺漂移随机过程可以用下列统计函数来描述： 概率分布函数或概率密度函数；提供随机过程各种取值的概率特 性，可以给陀螺随机漂移以完整的描述。 均值函数和方差函数；提供随机过程幅值方面的基本信息，从幅 域来描述陀螺随机漂移的统计特性。 自相关函数和自协方差函数；反映随机过程两个不同时刻之间的 相关程度，从时域来描述陀螺随机漂移统计特性。 自功率谱密度函数；反映随机过程的平均功率按频率分布的密 度，从频域来描述陀螺随机漂移统计特性。
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§9.1 描述陀螺仪随机漂移的特征函数
1、概述
陀螺随机漂移是一个随机变 量，而这个随机变量是时间 的函数，因而是个随机过程。 在陀螺漂移测试中，每进行 一次实验，得到1条试验曲 线，即得到一个1个样本函 数，它表明陀螺漂移在这一 次试验中随着时间变化情况。 在条件相同的情况下重复多 次试验，可以得到一族试验 曲线即一族样本函数。
陀螺仪随机漂移的测取和数学模型的确立
⑼
该式表明陀螺随机漂移的均值随时间呈线性变化， 在陀螺随机漂 ⑽
如果有较大的潜周期分量 Bt， 就要从陀螺随机漂移非平稳数据序 ⑾
如果残差序列{xt}还是非平稳数据序列 （主要是随机游动造成的） ， 一般采取差分的方法来处理，只需经过一阶差分，即可化为平稳时间 序列，对时间序列{xt}作一阶差分， Δxt=xt-xt-1(t≥2) ⑿ 对于含有趋势项的非平稳时间序列，也可直接利用差分处理，如果趋 势项中只含常数项和一次项，经过一阶差分即可使之平稳化；如果趋 势项中还含有二次项，则经过二阶差分就可使之平稳化。 3.3 利用时间序列分析法对平稳化的残差序列建立数学模型 时间序列分析是一种时域分析法，它不仅仅研究过程的确定性 变化，而且更着重于研究过程的随机性变化，它直接利用随机时间序 列来建立差分方程， 把一个高度相关的平稳随机时间序列表示成一种 数字递推的形式 （即看作是由各时刻相关的随机时间序列和各时刻出 现的白噪声组成） ，按照尤尔概念，有色噪声序列可以看作是白噪声 序列经过成形滤波器变换得到的。 设{xt}表示观测到的时间序列，{ωt}表示白噪声序列，对时间序 列{xt}构造数学模型就是以白噪声{ωt}为输入，经过一个实时变换的 滤波器之后， 得出时间序列{xt}的输出三者之间的关系。 实际工程中， 平稳时间序列{xt}的线性模型通常可以表示成以下三种形式：滑动平 均模型 MA 模型， 自回归模型 AR 模型， 自回归滑动平均模型 ARMA 模型。 本文着重讨论自回归模型 AR 模型 （自回归模型, p 代表 AR 模型 的阶数）,适用于动力调谐陀螺仪，以一阶自回归模型 AR(1)为例，其
b1 = e − β∆t
⒄
则，AR(1)模型的表达式：
X t = e − β∆t X t −1 + ω t
陀螺仪漂移及测试PPT课件
y x
z
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ax a y 0 az 1 ey e cos
KM I5 D0 Dz Dzz e cos
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§6.6 陀螺漂移系数的确定
从陀螺漂移模型出发，利用力矩反馈法来确定陀 螺漂移系数的方法——固定位置法。
固定位置法是将安装陀螺的转台固定在某一位置，待 系统稳定后，读取力矩器的电流值。
固定位置法是将安装陀螺的转台固定在某一位置，待 系统稳定后，读取力矩器的电流值。
位置2 ：输出轴 x 铅直向上，输入轴 y 向南，自转轴 z 向东
x z
y
ax 1 ay az 0
ey e cos
KM I2 D0 Dx e cos
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§6.6 陀螺漂移系数的确定
从陀螺漂移模型出发，利用力矩反馈法来确定陀 螺漂移系数的方法——固定位置法。
对于确定性干扰力矩，根据其与加速度的分为：
• 与加速度无关的干扰力矩，例如弹性力矩、电磁力矩等。 • 与加速度成比例的干扰力矩，例如由于陀螺质量偏心引起 的干扰力矩。 • 与加速度平方成比例的干扰力矩，例如由非等弹性引起的 干扰力矩。
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§6.2 影响陀螺漂移的主要因素
干扰力矩的分类及其所产生的陀螺漂移
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§6.1 陀螺漂移的基本概念
一 自由陀螺的漂移
ωd M b / H
工程实际中的陀螺仪与陀螺仪模型有所差别，这 种差别的表现就是干扰力矩的存在，干扰力矩破 坏了陀螺仪的定轴性，使陀螺仪的角动量向量在 惯性空间中发生了变化，包括其大小和方向。
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§6.1 陀螺漂移的基本概念
陀螺仪漂移的测试原理及方法
系统级标定法
系统级标定拟合方法一般采用”静止-转动-静止”的运 动激励方式，惯性导航系统利用转动前的静止时间 对准。对准结束转入导航状态后系统开始转动，转 动停止时，记录导航结果。利用导航计算结果将转 动前后的比力测量转换到导航坐标系，作为比力观 测量。
用于陀螺仪标度因数及安装系数的标定
分立标定法
根据激光陀螺仪的输入输关系，建立误差模型 转台以一定角速度绕转台外向正向转动，输出激光
陀螺仪的脉冲累积 转台以一定角速度绕转台外向反向转动，再输出激
光陀螺仪的脉冲累积 对上面得到的式子进行处理，即可得到标定参数
系统级标定法
起源于20世纪80年代 利用低精度转台就可以达到较高的标定精度 系统级标定的关键是建立一个较为完善的导航输出
系统级标定法
系统级标定滤波法 1.建立导航误差方程 2.设计 Kalman 滤波器状态 3。把陀螺和加速度计的测量噪声做为滤波器的输入 4.估计误差系数
其他标定法
现场标定 是在惯性导航系统处于载体原位安装状态时进行的 不需要复杂的实验室标定设备 环境更接近于惯性导航系统的工作环境，针对性强 依靠重力场、地球自转角速度及载体上其他辅助导
航设备
分立标定法
基本思想：在不同的激励信号作用下，各误 差源对观测量的影响不同，通过激励信号的 变化以改变各个误差参数的可观测性，使惯 性系统的误差参数得到分离。
一般包括静态多位置标定试验和角速率标定
分立标定法
静态多位置标定
原理：利用转台提供的方位基准和水平基准，将地 球自转角速度和重力加速度作为输入惯性系统的标 称量，与系统中陀螺仪和加速度计进行比较，根据 陀螺仪和加速度计的误差模型年，建立惯性系统的 误差模型，然后将精密转台按标定路径转动到多个 不同位置，当位置数与误差模型中的位置数即误差 系数的个数相等时，即可通过联立的方程组求解出 各项误差系数。
陀螺仪原理——精选推荐
陀螺仪原理现象解释陀螺仪原理⾼速旋转的物体的旋转轴，对于改变其⽅向的外⼒作⽤有趋向于垂直⽅向的倾向。
⽽且，旋转物体在横向倾斜时，重⼒会向增加倾斜的⽅向作⽤，⽽轴则向垂直⽅向运动，就产⽣了摇头的运动（岁差运动）。
当陀螺经纬仪的陀螺旋转轴以⽔平轴旋转时，由于地球的旋转⽽受到铅直⽅向旋转⼒，陀螺的旋转体向⽔平⾯内的⼦午线⽅向产⽣岁差运动。
当轴平⾏于⼦午线⽽静⽌时可加以应⽤。
[1]陀螺仪基本上就是运⽤物体⾼速旋转时，⾓动量很⼤，旋转轴会⼀直稳定指向⼀个⽅向的性质，所制造出来的定向仪器。
不过它必需转得够快，或者惯量够⼤(也可以说是⾓动量要够⼤)。
不然，只要⼀个很⼩的⼒矩，就会严重影响到它的稳定性。
⼯作原理陀螺仪原理〖论述解释〗陀螺仪，是⼀个圆形的中轴的结合体。
⽽事实上，静⽌与运动的陀螺仪本⾝并⽆区别，如果静⽌的陀螺仪本⾝绝对平衡的话，抛除外在因素陀螺仪是可以不依靠旋转便能⽴定的。
⽽如果陀螺仪本⾝尺⼨不平衡的话，在静⽌下就会造成陀螺仪模型倾斜跌倒，因此不均衡的陀螺仪必然依靠旋转来维持平衡。
陀螺仪本⾝与引⼒有关，因为引⼒的影响，不均衡的陀螺仪，重的⼀端将向下运⾏，⽽轻的⼀端向上。
在引⼒场中，重物下降的速度是需要时间的，物体坠落的速度远远慢于陀螺仪本⾝旋转的速度时，将导致陀螺仪偏重点，在旋转中不断的改变陀螺仪⾃⾝的平衡，并形成⼀个向上旋转的速度⽅向。
当然，如果陀螺仪偏重点太⼤，陀螺仪⾃⾝的左右互作⽤⼒也将失效！。
⽽在旋转中，陀螺仪如果遇到外⼒导致，陀螺仪转轮某点受⼒。
陀螺仪会⽴刻倾斜，⽽陀螺仪受⼒点的势能如果低于陀螺仪旋转时速，这时受⼒点，会因为陀螺仪倾斜，在旋转的推动下，陀螺仪受⼒点将从斜下⾓，滑向斜上⾓。
⽽在向斜上⾓运⾏时，陀螺仪受⼒点的势能还在向下运⾏。
这就导致陀螺仪到达斜上⾓时，受⼒点的剩余势能将会将在位于斜上⾓时，势能向下推动。
⽽与受⼒点相反的直径另⼀端，同样具备了相应的势能，这个势能与受⼒点运动⽅向相反，受⼒点向下，⽽它向上，且管这个点叫“联动受⼒点”。
《陀螺仪漂移及测试》课件
结束语
陀螺仪漂移及测试的 重要性
陀螺仪是各种惯性导航系统的 核心部件之一，其漂移和精度 直接关系到飞行、导航和控制 的稳定性和性能。
未来发展趋势
陀螺仪技术正朝着小型化、高 精度、低功耗和低成本的方向 发展，其应用范围将越来越广 泛。
建议和展望
鼓励创新思维，加强陀螺仪技 术研发和应用，推动我国航天 及高端制造业发展。
陀螺仪的结构
陀螺仪一般由陀螺轮、控制器、 支架和电源等组成。
陀螺仪漂移
1 原因
陀螺仪漂移是由于陀螺轮旋转过程中会受到环境因素和机械因素的干扰。
2 分类
常见的漂移有常态漂移、零偏漂移和温度漂移等。
3 影响
漂移会导致陀螺仪检测结果的失真和误差，影响产品的性能和稳定性。
陀螺仪漂移补偿
1
方法
常用的补偿方法有零位调整、自适应补偿、滤波补偿和误差修正等。
《陀螺仪漂移及测试》 PPT课件
# 陀螺仪漂移及测试
本课程将深入探讨陀螺仪的基本原理、漂移、漂移补偿和测试，通过实例分 析，帮助您更好地理解和应用陀螺仪技术。
陀螺仪基本原理
陀螺仪的作用
陀螺仪作为惯性导航系统的核心 部件，可以同时检测空间中的三 个自由度。
陀螺仪的基本原理
利用陀螺效Байду номын сангаас，通过检测陀螺仪 旋转的角速度，来判断运动物体 的方向和角度。
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技术
基于MEMS技术的陀螺仪漂移补偿技术具有优秀的性能和适应性，包括预测补偿、 自适应补偿和模型补偿等。
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效果对比
各种陀螺仪漂移补偿方法各有优劣，应选择适合实际应用的方法。
陀螺仪测试
流程
陀螺仪的测试流程包括前期准备、测试参数设置、测试数据采集和测试结果分析等几个过程。
如何使用陀螺仪进行姿态测量与定位
如何使用陀螺仪进行姿态测量与定位在现如今高科技发达的社会中，陀螺仪这一仪器设备被广泛应用于各个领域。
它的主要功能是测量和定位物体的姿态，从而实现有效的控制和导航。
本文将探讨如何使用陀螺仪进行姿态测量与定位，并对其原理和应用进行深入分析。
一、陀螺仪的原理陀螺仪是通过测量物体绕其自身的旋转轴产生的转动角速度来确定物体的姿态的一种仪器。
它主要包含两个关键部分：旋转轴和测量元件。
旋转轴可以使陀螺仪具有稳定的结构，并保持陀螺仪在正确的方向上旋转。
测量元件用于检测旋转轴的细微变化，并将其转化为电信号。
陀螺仪的工作原理基于角动量守恒定律。
当陀螺仪的旋转轴遭受外力或力矩作用时，陀螺仪产生的角动量将预cess，即不再保持在原有的方向上。
测量元件会检测到这个变化，并将其转化为电信号，从而实现对陀螺仪姿态的测量和定位。
二、陀螺仪的应用领域由于陀螺仪具有高精度、高稳定性的特点，它被广泛应用于航天航空、导航定位、姿态控制和虚拟现实等领域。
下面分别介绍其中的一些应用。
1. 航天航空领域在航天航空领域，陀螺仪可以用于测量飞机、舰船以及卫星的姿态角度。
通过实时监测和控制姿态，可以保证它们的飞行安全和精确导航。
2. 导航定位领域陀螺仪在导航定位领域的应用十分广泛。
例如，陀螺仪可以结合加速度计和地磁仪，用于车辆导航系统，实现高精度的位置定位和导航。
同时，它还可以应用于惯性导航系统，提供准确的位置和速度信息。
3. 姿态控制领域陀螺仪在姿态控制领域有着重要的作用。
例如，无人机的姿态控制需要准确的测量和定位。
陀螺仪可以实时监测无人机的姿态角度，并通过控制器进行相应的调整，从而实现稳定的飞行和悬停。
4. 虚拟现实领域陀螺仪也被广泛应用于虚拟现实领域，如头戴式显示器和游戏控制器。
通过使用陀螺仪，用户可以更加自然地感受虚拟现实世界，进行身临其境的游戏体验。
三、使用陀螺仪进行姿态测量与定位的注意事项1. 确保陀螺仪的准确性和可靠性。
陀螺仪的测量精度和稳定性对于姿态测量和定位非常重要。
第6章-陀螺仪漂移及测试分析
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§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
一 力矩反馈法法的原理
单自由度陀螺的力矩反馈法测漂
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§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
一 力矩反馈法法的原理
d ey p
精确定位定向。即陀螺输入轴与转台轴平行，并且要使 转台在地理坐标系中精确定向。 精确测速。精确地测出转台的转速。
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§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
二 伺服跟踪法的测速方法
首先在一段时间间隔内，观测转台相对地球的转角，然后根 据地球自转角速度沿转台轴向的分量，通过计算求得在这段 时间内地球相对惯性空间的转角：
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§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
二 力矩反馈法法中陀螺相对地理坐标系的取向
陀螺相对地理坐标系的位置需借助转台
2．陀螺输出轴沿当地铅垂线方向
x N
yK ly
lz
ey e coscosK
z
d
Mb H
KM I Bx /H
ωe cos cosK
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§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
ie ey T
同一时间间隔内转台相对惯性空间的转角：
ip ie p
陀螺的漂移角速度：
d ip / T ey p
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§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
三 伺服跟踪法的转台轴的取向
1. 输入轴在水平面内沿东西方向
d p
2. 输入轴与地球自转轴平行
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系统级标定法
系统级标定拟合方法一般采用”静止-转动-静止”的运 动激励方式，惯性导航系统利用转动前的静止时间 对准。对准结束转入导航状态后系统开始转动，转 动停止时，记录导航结果。利用导航计算结果将转 动前后的比力测量转换到导航坐标系，作为比力观 测量。
确定四个位置与初始位置之间的坐标变换矩阵 令转台转动，输出四个位置上陀螺仪的脉冲累积 将以上四式相加，干扰量对消，即可得到零偏
分立标定法
角速度标定
利用转台给惯性系统输入一系列标称的角速度，并 于惯性系统的输出进行比较，根据惯性系统的误差 模型，即可确定出系统的标度因数和安装误差两类 误差系数。
一般有四\八\十二\二十四位置法等
分立标定法
零偏标定的实现
采用静态多位置法来实现惯性器件零偏的标定，该 方法利用转台提供精确的位置基准，使加速度计或 陀螺仪敏感不同的重力加速度或角速度分量，然后 利用每个位置上的静止采样结果计算惯性器件的参 数。
分立标定法
静态多位置标定
以陀螺仪的标定为例
标定测试
标定测试：对器件的性能参数诸如标度因数、零偏、 噪声与带宽、失准角、惯性导航系统单位时间的定 位误差、温度敏感性和模型非线性等都需要在生产 场所进行的测试，对要在导航任务中使用的模型参 数进行标定。
标定方法分类
器件标定
标定方法，可分为
分立标定法
系统级标定法
静态标定 动态标定
分立标定法
基本思想：在不同的激励信号作用下，各误 差源对观测量的影响不同，通过激励信号的 变化以改变各个误差参数的可观测性，使惯 性系统的误差参数得到分离。
一般包括静态多位置标定试验和角速率标定
分立标定法
静态多位置标定
原理：利用转台提供的方位基准和水平基准，将地 球自转角速度和重力加速度作为输入惯性系统的标 称量，与系统中陀螺仪和加速度计进行比较，根据 陀螺仪和加速度计的误差模型年，建立惯性系统的 误差模型，然后将精密转台按标定路径转动到多个 不同位置，当位置数与误差模型中的位置数即误差 系数的个数相等时，即可通过联立的方程组求解出 各项误差系数。
系统级标定法
系统级标定滤波法 1.建立导航误差方程 2.设计 Kalman 滤波器状态 3。把陀螺和加速度计的测量噪声做为滤波器的输入 4.估计误差系数
其他标定法
现场标定 是在惯性导航系统处于载体原位安装状态时进行的 不需要复杂的实验室标定设备 环境更接近于惯性导航系统的工作环境，针对性强 依靠重力场、地球自转角速度及载体上其他辅助导
用于陀螺仪标度因数及安装系数的标定
分立标定法
根据激光陀螺仪的输入输出关系，建立误差模型 转台以一定角速度绕转台外向正向转动，输出激光
陀螺仪的脉冲累积 转台以一定角速度绕转台外向反向转动，再输出激
光陀螺仪的脉冲累积 对上面得到的式子进行处理，即可得到标定参数
系统级标定法
起源于20世纪80年代 利用低精度转台就可以达到较高的标定精度 系统级标定的关键是建立一个较为完善的导航输出
陀螺仪漂移的测试原理及方 法
内容提要
测试原则 标定测试 分立标定法 系统标定法
测试原则
测试前要解决的问题 采用何种测试设备 测试环境的控制与保证 测试程序、方法、采样长度与采样间隔的选取 数据处理方法及奇异点的剔除 最大限度地降低测试成本
测试原则
保证惯性测试精度，考虑以下测量误差： 测试设备误差 输入条件误差 信息读取误差 模型误差
误差与惯性期间误差系数之间的关系，并充分考虑 惯性器件误差系数的可辨识性，合理设计实验编排， 有效激励误差相关项，进而辨识出惯性期间的各项 误差系数。
系统级标定法
系统标定法
拟合方法 滤波方法
拟合方法：建立关系，观测误差，拟合参数 滤波方法：设计Kalman滤波器来估计各误差参数
系统级标定法
系统级标定拟合法 基本原理：在静基座条件下，惯性导航系统的比力
航设备