基于一种简化Allan方差法的IMU误差分析.pdf

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1、12传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2010年第29卷第12期基于一种简化Allan方差法的IMU误差分析赵思浩，陆明泉，冯振明(清华大学电子工程系，北京100084)摘要：为了分析惯性测量单元(IMU)的随机误差项系数，采用了Allan方差分析方法，同时，针对大数据量情况，为了减小计算奄并保持Allan方差分析的准确性，结合双对数曲线特点，给出了一种简化的Allan方差算法，并使用该算法对一种微机械(MEMS)惯性测量单元的长时间静态数据进行了分析。结果表明：该方法可以有效地辨识出IMU

2、各误差项系数。关键词：Allan方差；惯性测量单元；误差项系数；双对数曲线中图分类号：TP391．4文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)12-0012-03IMUerroranalysisbasedonasimplifiedallanvariancemethodZHAOSi~hao，LUMing—quan，FENGZhen—ming(DepartmentofElectronicEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：Foranalyzingthera

3、n(10melTOrcoemelentsofinenialmeagurementunits(IMU)，theAllanvariancemethodisstudied．Forlargedatasetprocessing，asimplifiedAllan",'arian(ealgorithmwhichCallbothreducethecalculationburdenandkeeptheaccuracyoftheresultsisproposed．Theproposedalgorithmisusedtoanalyzethelong—termstati

4、cdatacollectedfi'omamicro—electro—mechanicalsystems(MEMS)IMU．ResultsdemonstratethattheproposedsimplifiedAllanvarianeemethodcaneffectivelyrecognizetheerrorcoefficientsoftheIMU．Keywords：Allanvariance；inertialmeasurementunit(IMU)；errorcoefficients；log—logplot0引言1Allan方差法的基本原理在惯性

5、导航应用中，惯性器件如陀螺仪和加速度计可以采样间隔采集总时间长度为的一组数据，则总以给出具有高数据率的载体位置、速度和加速度等信息，由的采样点数为N=r，／，为了构造Allan方差曲线，需要进于导航解的精度是由惯性测量单元(IMU)的输出值积分得行如下步骤：到的，因此，IMU的误差决定了最终导航解的精度。为l『尽1)对数据集进行不同点数的平均划分量降低IMU误差项对导航精度的影响，有必要对其进行辨将每连续H(n=1，2，3，⋯NIK,．为设定的最小子识和建模。目前，经常使用的随机误差辨识方法包括功率集数目)个数据点作为～个子集，则可划分为K=N／

6、n个子谱密度(PSD)、自相关函数估计、Allan方差估计等方法。集。每个数据子集的平均时间可以表示为tr(n)=n。Allan方差法是20世纪60年代提出的一种方法，起初被用2)对于第七+1个子集，其平均值可以表示为于研究高精度振荡器的稳定性，后来，该方法被用于辨()i1+⋯识惯性传感器随机误差J。Allan方差法可以辨识出较多的误差项，且具有较好的误差分离结果，本文将给出Allan式中为第k十1个子集当中的第i个采样点，n的定方差法的工作原理及其数学表达式；根据辨识结果的要求义同上，即每个子集的数据点总数。对该方法进行简化以减小运算量，加快运

7、算速度；最后采用3)列每个不同的平均时间计算Allan方差该方法对实际采集的MEMS惯性器件数据进行分析得到(r)=÷E[(+(r)一n(r))]双对数曲线图，根据不同拟合直线的斜率辨识不同的误差Kl1系数。(+(r)一(r))，收稿日期：2010-02-05第12期赵思浩，等：基于一种简化Allan方差法的IMU误差分析l3式中K为划分的子集个数，E表示求平均。得到Allan标准差的大致趋势。因此，可以考虑在图1右侧4)以双对数曲线绘出Allan标准差随平均时间变化的部分减少Allan方差的计算，这样可以在保留AllaJl方差特情况。性的同时减

8、小计算复杂度。在实际应用当中，Allan方差的计算是基于一组有限的根据双对数曲线的特点，提出按照以10为底的对数值数据的，在平均时间增大