Die Trägheitsmesseinheit (IMU) ist ein Kernbauteil eines Trägheitsnavigationssystems, dessen Messgenauigkeit direkt die Gesamtleistung des Navigationssystems bestimmt. Die zweidimensionale Kalibrierung der IMU richtet sich hauptsächlich an die Kalibrierung von Beschleunigungsmess- und Gyroskopfehlerparametern innerhalb der horizontalen Fläche (in der Regel als Neigung-Horizont- oder Richtung-Neigung-Kombination), und der Dual-Axis-Drehtisch ist mit seiner hochpräzisen Winkelpositionierung und Gestesteuerung die Kernausrüstung für die Realisierung dieser Kalibrierung. Dieser Artikel basiert auf Industriestandards und technischen Praktiken und erläutert den gesamten Prozess der zweidimensionalen Kalibrierung der IMU mit einem zweichassigen Drehtisch, der die vier Hauptaspekte der Vorbereitung auf die Kalibrierung, des Kern-Kalibrierungsprozesses, der Datenverarbeitung und Validierung sowie der Abschlussarbeit umfasst, um die Normativität, Wiederholbarkeit und Zuverlässigkeit der Kalibrierungsergebnisse zu gewährleisten.

Vorbereitung vor der Kalibrierung

Die Vorbereitung vor der Kalibrierung ist die Grundlage für die Gewährleistung der Kalibrierungsgenauigkeit, die von der Ausrüstungsauswahl und -prüfung, der Kontrolle der Umweltbedingungen, der Installation und Inbetriebnahme der IMU und dem Aufbau des Softwaresystems aus vier Aspekten durchgeführt werden muss, um sicherzustellen, dass alle Teile den Kalibrierungsanforderungen entsprechen.

Ausrüstungsauswahl und -prüfung

1.  Auswahl von Doppelachsdrehtisch: Nach der Genauigkeitsklasse und den Kalibrierungsanforderungen der IMU wählen Sie den Doppelachsdrehtisch aus, der die Winkelpositionsgenauigkeit, die Winkelgeschwindigkeitsstabilität und die Vertikalität des Achssystems erfüllen. Für IMU mit mittlerer und hoher Genauigkeit (z. B. Navigationsstufe) sollte die Positionsgenauigkeit des Drehtischwinkels besser als 10 "sein und die Vertikalität des Achssystems besser als 5". Bei Verbraucherklasse-IMUs kann die Drehtischgenauigkeit angemessen reduziert werden (Winkelpositionsgenauigkeit ≤ 30"). Gleichzeitig muss der Drehtisch statische Positionierung und dynamische Geschwindigkeitsausgangsmodus unterstützen, um die Kalibrierungsanforderungen von Zero-Abweichung des Beschleunigungsmessers, des Skalafaktors und der Zero-Abweichung des Gyroskops und des Skalafaktors zu erfüllen.

2.  Zusatzausrüstungsprüfung: Vorbereitung einer hochpräzisen Stromversorgung (Ausgangsspannungsstabilität ≤ 0,1%) zur Stromversorgung der IMU, um sicherzustellen, dass Versorgungsspannungsschwankungen keine Messfehler einführen; Verwenden Sie eine Datenerfassungskarte (Abtastrate ≥ 100 Hz, Auflösung ≥ 16 Bit) zur Erfassung der Beschleunigung, Winkelgeschwindigkeitssignale des IMU-Ausgangs und des Winkel-Positions- / Winkelgeschwindigkeits-Feedback-Signals des Drehtisches; Überprüfen Sie die Servo-Steuerung des Drehtisches, um sicherzustellen, dass sich die Achse reibungslos dreht und keine Schritte oder Schütteln verursacht. Darüber hinaus sind Werkzeuge wie Horizontometer, Drehmomentschlüssel für die Horizontalkalibrierung und -fixierung nach der Installation der IMU erforderlich.

3.  Verifizierung der Kalibrierung der Ausrüstung: Vorauskalibrierung des Drehtisches mit zwei Achsen, um technische Indikatoren wie die Winkelposition, die Winkelgeschwindigkeitsgenauigkeit und die Vertikalität des Achssystems zu überprüfen. Messung der tatsächlichen Werte der Achsen der Drehtische in verschiedenen Winkelpositionen und der Abweichung der Anweisungswerte, um sicherzustellen, dass die Abweichung im zulässigen Bereich liegt; Überprüfen Sie die horizontale Benchmarkfläche des Drehtisches, um sicherzustellen, dass die Benchmarkfläche über 5 "liegt. Gleichzeitig wird die IMU elektrifiziert, um ihren ursprünglichen Ausgangszustand aufzuzeichnen und den ursprünglichen Ausfall des Geräts zu beheben.

b) Kontrolle der Umweltbedingungen

1.  Temperaturregelung: Die Fehlerparameter der IMU werden von der Temperatur stark beeinflusst, die Kalibrierungstemperatur sollte auf (20 ± 2) °C und die Temperaturänderungsrate ≤ 0,5°C / h gesteuert werden. Es kann durch ein thermostatisches Labor oder ein Temperaturregelsystem erreicht werden, um die Temperaturstabilität während des Kalibrierungsprozesses zu gewährleisten und die Auswirkungen der Temperaturabweichung auf das Kalibrierungsergebnis zu verringern.

2.  Schwingungs- und Störungskontrolle: Die kalibrierte Umgebung muss weit von der Schwingungsquelle entfernt sein (z. B. Werkzeugmaschinen, Lüfter, Schwerfahrzeuge usw.), der Boden sollte Schwingungsisolationsmaßnahmen ergreifen (z. B. Bau von Schwingungsisolationsboden oder Installation von Schwingungsisolationsmatten), um sicherzustellen, dass die Schwingungsbeschleunigung der Umgebung ≤ 0,01g ist. Gleichzeitig sollten starke elektromagnetische Störungen vermieden werden, der Drehtisch, die IMU und die Datenerfassungsgeräte (Erdungswiderstand ≤ 4Ω) geerdet werden, um die elektromagnetischen Störungen des Ausgangs

3.  Luftdruck- und Feuchtigkeitskontrolle: Für IMUs, die sich auf Luftdruck-Unterstützungskalibrierung verlassen (z. B. eine Kombination von IMUs mit einigen Luftdruckmessgeräten), sollte der Umgebungsluftdruck bei Standarddruck (101,325 kPa ± 1 kPa) stabil sein und die relative Feuchtigkeitskontrolle bei 40% ~ 60%, um Feuchtigkeitsänderungen zu vermeiden, die zu einer Feuchtigkeit oder einer Abnahme der Isolierleistung der internen Schaltung der IMU führen.

(3) IMU-Installation und Debugging

1.  Mechanische Montage: Fixieren Sie die IMU über spezielle Befestigungen an der Arbeitsfläche des Drehtisches mit zwei Achsen, um sicherzustellen, dass die empfindliche Achse der IMU mit der Koordinatenachse des Drehtisches ausgerichtet ist. Normalerweise ist die X-Achse der IMU parallel zur Drehachse der Innenachse (oder Außenachse) des Drehtisches erforderlich, wobei die Z-Achse senkrecht zur Drehtischeebene (d.h. entlang der Schwerkraftrichtung) liegt. Verwenden Sie den Drehmomentschlüssel zur Fixierung der Klemme gemäß den vorgeschriebenen Drehmomenten, um zu vermeiden, dass eine zu lockere Installation zu einer Verschiebung der IMU während des Kalibrierungsprozesses oder zu einer zu starken Verformung der IMU-Struktur führt.

2.  Kalibrierung der Axelausrichtung: Kalibrieren Sie die Genauigkeit der Axelausrichtung von IMU und Drehtisch mit Horizontometer und Laserpositioner. Stellen Sie zunächst den Drehtisch in den horizontalen Zustand ein, um sicherzustellen, dass die Z-Achse der IMU parallel zur Schwerkraftrichtung ist; Dann durch Drehtisch drehen, IMU empfindliche Achse und die Parallelität der Drehtisch Drehachse zu überprüfen, Parallelitätsfehler sollte ≤ 5 "sein. Wenn die Ausrichtungsgenauigkeit die Anforderungen nicht erfüllt, muss die Position der Befestigung angepasst und die Kalibrierung wiederholt werden, bis sie den Normen entspricht.

3.  Elektrische Verbindungen und Inbetriebnahme: Verbinden Sie die IMU mit der Stromversorgung und der Datenerfassungskarte, um sicherzustellen, dass die Verkabelung fest ist und ein guter Kontakt besteht, und vermeiden Sie, dass falsche Signalverluste oder Verzerrungen verursachen. Die Vorwärmzeit wird je nach IMU-Typ bestimmt (Navigationsklasse IMU muss normalerweise 30 bis 60 Minuten vorwärmen, Verbrauchsklasse IMU muss 10 bis 20 Minuten vorwärmen), so dass die Innentemperatur der IMU einen stabilen Zustand erreicht. Während des Vorwärmprozesses wird die Stabilität des Ausgangssignals der IMU überwacht, wenn es zu ungewöhnliche Situationen wie Signalsprung, zu großes Geräusch oder andere gibt, müssen Verkabelungen oder Gerätefehler beheben werden.

(4) Softwaresystem aufbauen

1.  Konfiguration der Steuerungssoftware: Installieren Sie die Doppelachs-Drehtischsteuerungssoftware und konfigurieren Sie die Achsenparameter des Drehtisches (z. B. Achsdurchmesser, Antriebsverhältnis), den Steuermodus (statisch / dynamisch), die Einstellung der Winkelposition / Winkelgeschwindigkeit usw. Gleichzeitig werden die Auslöserbedingungen für die Datenerfassung festgelegt, um sicherzustellen, dass die Drehtischgestellung stabil ist, bevor die Datenerfassung gestartet wird, um Signalstörungen während des Übergangsprozesses zu vermeiden.

2.  Debugging der Datenerfassungssoftware: Debugging der Datenerfassungssoftware, Einstellung der Abtastungsrate, Abtastungsdauer, Datenspeicherformat (z. B. CSV, MAT-Dateien) und anderer Parameter. Erstellen Sie einen Mechanismus zur synchronen Erfassung von IMU-Ausgangssignalen und Umschaltsignalen, um sicherzustellen, dass beide Zeitstempel ausgerichtet sind und der Fehler ≤1ms ist. Überprüfen Sie die Integrität und Genauigkeit der Datenerfassung durch analoge Erfassungstests und beheben Sie Probleme wie Datenverlust und Verzögerungen.

3.  Bereitstellung eines Kalkulationsalgorithmus: Bereitstellung eines entsprechenden Kalkulationsalgorithmus (z. B. Minimum-Zwei-Vielfachung, Kalman-Filtermethode) entsprechend den Kalkulationsanforderungen (z. B. Zero-Abweichung/Skalafaktor-Kalkulation des Beschleunigungsmessers, Zero-Abweichung/Skalafaktor-Kalkulation des Gyroskops). Initialisieren Sie Algorithmusparameter wie die Anzahl der Iterationen, die Konvergenzschwellen usw., um sicherzustellen, dass der Algorithmus die Fehlerparameter der IMU genau lösen kann.

II. Kern-Kalibrierungsprozess

Der Kernkalibrierungsprozess wird um die beiden Kernkomponenten des Beschleunigungsmessers und des Gyroskops der IMU ausgeweitet und basiert auf der statischen Positionierung und der dynamischen Geschwindigkeitssteuerung des Dual-Axis-Drehtisches, um die Fehlerparameterkalibrierung in zweidimensionaler Richtung schrittweise abzuschließen. Dieser Prozess umfasst zum Beispiel die zweidimensionale Kalibrierung "Neigung-Roll" und umfasst die drei Schlüsselstufen der statischen Kalibrierung des Beschleunigungsmessers, der statischen Nullabweichungskalibrierung des Gyroskops und der dynamischen Geschwindigkeitkalibrierung des Gyroskops.

(1) Statische Beschleunigungsmessung

Das Ziel der statischen Skalierung des Beschleunigungsmessers ist es, seine Null-Abweichung und den Skalenfaktor zu lösen, die Projektion der Schwerkraftbeschleunigung in verschiedenen Positionen als Referenzeingang zu verwenden, das Fehlermodell zu erstellen und die Parameter zu lösen, indem das Beschleunigungssignal von der IMU-Ausgabe gemessen wird.

1.  Standortplanung: Basierend auf der Neigung-Horizontalrollenrichtung, 6 typische statische Gesten planen (um sicherzustellen, dass die Schwerkraftbeschleunigung die X-, Y- und Z-empfindliche Achsrichtung des Beschleunigungsmessers umfassend abdecken kann), die spezifische Geste ist wie folgt: 1 Neigung 0 °, Horizontalrollen 0 ° (Z-Achse direkt entlang der Schwerkraftrichtung); ② Neigung 0 °, horizontale Rolle 180 ° (Z-Achse entlang der Schwerkraftrichtung umgekehrt); 3. Neigung 90 °, horizontale Rolle 0 ° (X-Achse entlang der Schwerkraftrichtung); 4. 90°, 180° (X-Achse umgekehrt entlang der Schwerkraftrichtung); Neigen Sie sich um 0°, rollen Sie um 270° (Y-Achse entlang der Schwerkraftrichtung umgekehrt).

2.  Haltungsanpassung und Stabilität: Durch die Dual-Axis-Drehtischsteuerungssoftware werden die Winkelpositionsanweisungen für jede Haltung gesendet und der Drehtisch wird nach der Drehung der IMU in die Zielposition statisch stabil gehalten. Die Stabilitätszeit für jede Geste ≥30s stellt sicher, dass das Beschleunigungssignal der IMU-Ausgabe stabil ist (Signalschwankungsamplitude ≤0,001g). Während des Stabilisierungsprozesses wird das Rückkopplungssignal des Drehtisches in Echtzeit überwacht, und wenn die Positionsabweichung den zulässigen Bereich (≤5 ") überschreitet, wird der Drehtisch automatisch kompensiert.

3.  Datenerfassung und -aufzeichnung: Nach jeder Stabilisierung der Position wird die Datenerfassungssoftware gestartet, um die Beschleunigungssignale der X-, Y- und Z-Achsen von der IMU-Ausgabe zu erfassen. Die Probenzeit beträgt ≥10s und die Probenaufnahmerate ≥100Hz. Gleichzeitig wird die tatsächliche Winkelposition des Drehtisches (Neigungswinkel θ, horizontaler Rollwinkel φ) aufgezeichnet, um die Projektionswerte der Schwerkraftbeschleunigung auf den empfindlichen Achsen zu berechnen (Referenzeingang). Die erfassten Daten werden nach Gesten aufgeteilt und mit klaren Gesteninformationen und Zeitstempeln versehen.

4.  Errichtung von Fehlermodellen und Parameterlösung: Errichtung von Fehlermodellen für Beschleunigungsmessgeräte, Ignorierung von Kreuzkopplungsfehlern (in der zweidimensionalen Skalierung vereinfacht), das Fehlermodell ist wie folgt:

a = K(a + b) （i=X,Y,Z）

Dabei ist a die i-Achsbeschleunigung der IMU-Ausgabe, K der i-Achs-Skalenfaktor, a die Referenzbeschleunigung der i-Achse (Schwerkraftbeschleunigungsprojektion) und b die Nullschiebung der i-Achse. Abhängig von der Referenzbeschleunigung a (berechnet durch θ, φ, z. B. Z-Achse-Referenzbeschleunigung a = g · cosθ · cosφ, X-Achse-Referenzbeschleunigung a = g · sinθ, Y-Achse-Referenzbeschleunigung a = g · sinφ · cosθ, g ist die Schwerkraftbeschleunigung, nehmen Sie 9,80665m / s2) und der entsprechenden a, lösen Sie K und b mit der Mindestzweimalizierung.

(2) Statische Nullstellung des Gyroskops

Statische Zero-Abweichung des Gyroskops bezieht sich auf die Ausgangsabweichung des Gyroskops bei der Eingabe der Winkelgeschwindigkeit, die durch langfristige Datenerfassung im Stillstand der IMU gelöst werden muss.

(3) Dynamische Geschwindigkeitsstellung des Gyroskops

Das Ziel der dynamischen Geschwindigkeitskalierung des Gyroskops besteht darin, seinen Skalierfaktor zu lösen, die bekannte Winkelgeschwindigkeit der Ausgabe des zweichassigen Drehtisches als Referenzeingang zu verwenden, ein Fehlermodell zu erstellen und den Skalierfaktor zu lösen, indem das Ausgangssignal des Gyroskops gemessen wird.

1.  Wählen Sie eine horizontale Position, die 0 ° geneigt und 0 ° rollt, wenn die IMU keine Winkelgeschwindigkeitseingänge hat und der Gyroskopausgang nur Null Abweichungen und Rauschen enthält. Unter dieser Geste muss sich der Drehtisch nicht drehen, um den Tragstisch horizontal stabil zu halten.

2.  Langzeitdatenerfassung: Starten Sie die Datenerfassungssoftware und erfassen Sie das Ausgangssignal der X-, Y- und Z-Achsen des Gyroskops. Die Probenahme dauert ≥60min und die Probenahme ≥100Hz. Während der Erfassung wird die Umgebungstemperatur und die Drehtischgestellung kontinuierlich überwacht, um die Temperaturstabilität zu gewährleisten (Schwankungen ≤0,2 ° C), keine Drift (Abweichung ≤5 "), um zusätzliche Fehler durch äußere Faktoren zu vermeiden.

3.  Zero-Offset-Berechnung: Die erfassten Ausgangsdaten des Gyroskops werden vorverarbeitet, die Anomalien entfernt (nach dem 3σ-Kriterium) und der Durchschnitt der Ausgangssignale der Achsen berechnet, der den statischen Zero-Offset des Gyroskops b (i = X, Y, Z) entspricht. Gleichzeitig berechnen Sie die Standardabweichung der Daten, bewerten Sie das Geräuschniveau des Gyroskops, und wenn die Standardabweichung zu groß ist (über die Anforderungen der technischen IMU-Indikatoren hinaus), müssen Gerätefahler oder Umweltstörungen behoben werden.

4.  Planung von Geschwindigkeitspunkten: Planung von dynamischen Geschwindigkeitspunkten in zwei Dimensionen, basierend auf dem Messbereich der IMU und den praktischen Anwendungsszenarien. Jede Dimension wählt 5 bis 7 Geschwindigkeitspunkte aus, die positive und umgekehrte Geschwindigkeiten abdecken (z. B. -100 °/s, -50 °/s, 0 °/s, 50 °/s, 100 °/s), wobei der Geschwindigkeitspunkt 0 °/s verwendet wird, um die Konsistenz einer statischen Nullschiebung zu verifizieren. Die Auswahl des Geschwindigkeitspunkts muss sicherstellen, dass der Messbereich der IMU nicht überschritten wird und der Drehtisch diese Geschwindigkeit stabil ausgeben kann (Geschwindigkeitsstabilität ≤ 0,1°/s).

5.  Geschwindigkeitsausgang und Stabilität: Über die Dual-Axis-Drehtischsteuerungssoftware werden die Anweisungen zu den Geschwindigkeitspunkten in der Neigungs- und Querrolledimension gesendet. Der Drehtisch führt die IMU auf die Zielgeschwindigkeit zu drehen, um dynamisch stabil zu bleiben und die Stabilitätszeit ≥20s zu halten. Während des Stabilisierungsprozesses wird das Feedback-Signal der Winkelgeschwindigkeit des Drehtisches in Echtzeit überwacht. Wenn die Geschwindigkeitsabweichung den zulässigen Bereich (≤0,5°/s) überschreitet, wird der Drehtisch automatisch die Geschwindigkeitskompensation durchführen.

6.  Datenerfassung und -aufzeichnung: Nach Stabilisierung jedes Geschwindigkeitspunkts starten Sie die Datenerfassungssoftware und erfassen Sie die Ausgangssignale des Gyroskops, die der empfindlichen Achse entsprechen (z. B. X-Achse-Gyroskopausgang bei einer Neigungsdimensionsdrehung, Y-Achse-Gyroskopausgang bei einer Querrollendimensionsdrehung). Die Probenahme dauert ≥10s und die Probenahme ≥100Hz.

7.  Errichtung eines Fehlermodells und Parameterlösung: Errichtung eines Geschwindigkeitsfehlermodells für ein Gyroskop, ignoriert Kreuzkopplungsfehler, das Modell ist wie folgt:

ω = K(ω + b) （i=X,Y）

Dazu ist ω die Ausgangswinkelgeschwindigkeit der i-Achse des Gyroskops, K der Skalierfaktor der i-Achse, ω die Referenzwinkelgegeschwindigkeit der i-Achse (die tatsächliche Ausgangsgeschwindigkeit des Drehtisches) und b die statische Nullabweichung der i-Achse (in der statischen Skalierung gelöst). Ersetzen Sie die ω und die entsprechenden ω für die Geschwindigkeitspunkte in das Modell und lösen Sie K mit einer Minimum-Doppelmultiplikation.

Datenverarbeitung und Verifizierung

Datenverarbeitung und Validierung ist ein entscheidender Bestandteil, um die Zuverlässigkeit der Kalibrierungsergebnisse zu gewährleisten. Die erfassten Rohdaten müssen vorverarbeitet werden, nach der Lösung der Fehlerparameter eine Restanalyse, wiederholte Verifizierung und Genauigkeitsprüfung durchgeführt werden. Wenn die Validierung nicht bestanden ist, muss der Kernkalibrierungsprozess neu kalibriert werden.

1.  Abweichungsentfernung: Abweichungserkennung und -entfernung von Rohdaten (Beschleunigungs-, Winkelgeschwindigkeitssignale) mittels der 3σ-Kriterien oder der Grabs-Kriterien. Für die 3σ-Kriterien werden die Mittelwerte μs und die Standardabweichung σ der Daten berechnet, Daten außerhalb des Bereichs [μ-3σ, μ+3σ] als abweichende Werte bestimmt und ersetzt oder direkt durch Interpolationen benachbarter Daten ausgeschlossen.

2.  Filterverarbeitung: Low-Pass-Filterung der Rohdaten nach der Vorverarbeitung, um hochfrequente Geräusche zu beseitigen. Wählen Sie  Butterworth  Low-Pass-Filter, die Abschnittsfrequenz basierend auf der Bandbreite der IMU bestimmt wird (in der Regel 1/5 bis 1/3 der IMU-Bandbreite), um zu vermeiden, dass übermäßige Filterung zu Signalverzerrungen führt. Die gefilterten Daten werden zur Lösung der folgenden Fehlerparameter verwendet.

3.  Datensynchronisierung: Für die Zeitstempelabweichung des IMU-Ausgangssignals und des Umschaltsignals wird eine lineare Interpolation zur synchronisierten Ausrichtung verwendet. Stellen Sie sicher, dass jeder Satz von IMU-Ausgangsdaten der genauen Drehstellung oder dem Geschwindigkeitszustand entspricht, wobei der Synchronisierungsfehler ≤ 1 ms ist.

4.  Optimierung der Parameterlösung: Ersetzen Sie die vorverarbeiteten Daten in das Fehlermodell des Beschleunigungsmessers und des Gyroskops und lösen Sie Fehlerparameter wie Nullschiedenheiten und Skalenfaktoren mit einer Mindestmultiplikation von zwei. Für komplexe Szenarien können die Ergebnisse der Parameterlösung mit der Kalmann-Filterung optimiert werden, um die Genauigkeit und Stabilität der Parameterschätzung zu verbessern.

5.  Restanalyse: Berechnet den Rest der Beobachtungswerte (IMU-Ausgang) und der Modellprognose unter den jeweils festgelegten Positions-/Geschwindigkeitspunkten, der die Genauigkeit des Fehlermodells widerspiegelt. Wenn der Durchschnittswert des Restes in der Nähe von 0 ist und die Standardabweichung kleiner ist (die Standardabweichung für den Rest der Beschleunigung ≤ 0,002g, die Standardabweichung für den Rest der Winkelgeschwindigkeit ≤ 0,1 ° / s), ist das Modell gut angepasst; Wenn der Rest zu groß ist oder ein offensichtlicher Trend auftritt, ist die Gültigkeit des Fehlermodells (z. B. unter Berücksichtigung von Kreuzkopplungsfehlern) oder der Kalibrierungsdaten neu zu überprüfen.

6.  Wiederholbare Verifizierung: Unter den gleichen Umgebungsbedingungen und dem gleichen Kalibrierungsprozess werden drei komplette Kalibrierungsexperimente wiederholt, um die Fehlerparameter für jede Kalibrierung zu lösen. Berechnen Sie den Variationskoeffizienten von drei Parametern (das Verhältnis zwischen der Standardabweichung und dem Mittelwert), wenn der Variationskoeffizient ≤ 1% ist, um zu zeigen, dass das Ergebnis eine gute Wiederholbarkeit hat; Wenn der Variationskoeffizient zu groß ist, müssen Probleme wie die Stabilität der Geräte, Umweltstörungen und andere überprüft und neu kalibriert werden.

7.  Präzisionsverifizierung: Wählen Sie den nicht an der Kalibrierung beteiligten Positions- / Geschwindigkeitspunkt als Verifikationspunkt aus, ersetzen Sie die kalibrierten Fehlerparameter in das Fehlermodell, kompensieren Sie die IMU-Ausgabe und berechnen Sie die Fehler der kompensierten IMU-Ausgabe und der Referenzeingang. Wenn der Fehler nach der Kompensation die Anforderungen der technischen Indikatoren der IMU erfüllt (z. B. Beschleunigungsmessfehler ≤ 0,01 g, Winkelgeschwindigkeitsmessfehler ≤ 0,5 ° / s), erklären Sie, dass die Kalibrierungsgenauigkeit den Standard erreicht hat; Wenn der Fehler nicht der Norm entspricht, muss der Kalibrierungsprozess neu optimiert werden (z. B. Erhöhung der Kalibrierungsstellung / Geschwindigkeitspunkte, Anpassung des Fehlermodells) und erneut kalibriert werden.

8.  Verifizierung der Temperaturstabilität (optional): Wenn die IMU in einem breiten Temperaturbereich arbeiten muss, können Sie das Kalibrierexperiment an verschiedenen Temperaturpunkten wiederholen (z. B. -10 ℃, 0 ℃, 20 ℃, 40 ℃, 60 ℃), um die Fehlerparameter mit der Temperaturänderung zu überprüfen. Erstellen Sie ein Temperaturkompensationsmodell für Fehlerparameter, um die Messgenauigkeit der IMU bei unterschiedlichen Temperaturen zu verbessern.

9.  Datenklassifizierungsspeicherung: Speicherung von Rohdaten nach Vorbearbeitung, Fehlerparameterlösungsergebnissen, Restanalyseberichten, Validierungsergebnissen usw. nach dem festgelegten Datum, der IMU-Nummer und den festgelegten Umgebungsbedingungen. Datenspeicherformate werden in gängigen Formaten wie CSV, MAT, PDF verwendet, um die Lesbarkeit und Rückverfolgbarkeit der Daten zu gewährleisten.

10.  Datensicherung: Durchführen Sie mehrere Sicherungen von archivierten Daten (z. B. lokaler Festplatte, Cloud-Speicher), um Datenverluste zu vermeiden. Sicherungsdaten müssen mit klaren Dateinamen und Beschreibungen gekennzeichnet werden, um klare Objekte, Prozesse und Bedingungen zu definieren, die den Daten entsprechen.

4. Abschlussarbeit

Die Abschlussarbeit umfasst hauptsächlich die Archivierung von Kalibrierungsdaten, die Wiederherstellung und Wartung von Geräten, die Erstellung von Kalibrierungsberichten, um die Rückverfolgbarkeit des Kalibrierungsprozesses zu gewährleisten und die Grundlage für die Nutzung und Wartung der nachfolgenden IMU zu schaffen. Der Kalibrierungsbericht ist eine Zusammenfassung der Kalibrierungsarbeit und muss den Kalibrierungsprozess und die Ergebnisse umfassend und genau dokumentieren, hauptsächlich einschließlich der folgenden Inhalte:

1.  Ausfallzeiten und Demontage: Nach Abschluss der Kalibrierung schließen Sie den Doppelachsdrehtisch, IMU、 Die Stromversorgung der Datenerfassungsgeräte, die Verbindung der IMU mit der Befestigung in der Reihenfolge entfernen und die IMU entfernen. Bei der Demontage werden Kollisionen und Vibrationen vermieden und empfindliche Komponenten der IMU geschützt.

2.  Reinigung und Wartung der Ausrüstung: Reinigen Sie den Arbeitstisch, die Achsenhalter und die Befestigungen des Doppelachsdrehtisches, entfernen Sie Staub und Müll; Durchführen Sie eine Aussehen-Inspektion der IMU, um sicherzustellen, dass der Anschluss frei von Schäden und sauber ist. Aufzeichnung des Betriebs- und Wartungszustands der Geräte, die Grundlage für die regelmäßige Kalibrierung der Geräte ist.

3.  Wiederherstellung von Geräteparametern: Wiederherstellung von Parametern der Dual-Axis-Drehtische und Datenerfassungsgeräte auf den Standardzustand, Schalten Sie die Steuerungs- und Erfassungssoftware aus, um sicherzustellen, dass sich das Gerät im sicheren Standby-Zustand befindet.

4.  Der Bericht enthält:

(1)  Identifizierungsobjektinformationen: IMU-Modell, Nummer, Hersteller, technische Indikatoren;

(2)  Ausrüstungsinformationen für die Kalibrierung: Modell der Doppelachse-Drehtisch, Genauigkeitsklasse, Modell der Datenerfassungsausrüstung, Probenahmeparameter, Liste der Zusatzgeräte;

(3)  Bestimmung der Umgebungsbedingungen: Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Vibrationsbedingungen;

(4)  Beschreibung des Kalibrierungsprozesses: Planung der Kalibrierungsstellung / Geschwindigkeitspunkte, Datenerfassungsparameter, Fehlermodelle, Lösalgorithmen;

(5)  Skalierergebnisse: Zero-Abweichung des Beschleunigungsmessers, Skalenfaktor, Zero-Abweichung des Gyroskops, Skalenfaktor, Ergebnisse der Restanalyse, wiederholte Validierungsergebnisse, Präzisionsverifizierungsergebnisse;

(6)  Schlussfolgerungen und Empfehlungen: Ob das Ergebnis der Kalibrierung der Norm entspricht, Empfehlungen zur Verwendung der IMU (z. B. Temperaturkompensation, regelmäßige Neukalibrierung der Zyklen), Empfehlungen zur Wartung der Anlage.

V. Hinweise

Zusammenfassend ist der Standardprozess für die zweidimensionale Kalibrierung von IMU mit einem Doppelachsdrehtisch die logische Reihenfolge der "Vorbereitung auf die Kalibrierung - Kernkalibrierung - Datenverarbeitung und Validierung - Abschlussarbeit" streng zu befolgen, wobei sich der Schwerpunkt auf die Präzision der Ausrüstung, die Umgebungssteuerung, die Ausrichtung der Achsensysteme und die Datensynchronisierung konzentriert ist. Durch einen standardisierten Kalibrierungsprozess und strenge Verifizierungsmethoden können die Fehlerparameter der IMU genau gelöst werden, die Messgenauigkeit erheblich verbessert und den zuverlässigen Betrieb des Trägheitsnavigationssystems gewährleistet.

1.  Während des Kalibrierungsprozesses, wenn es zu Drehtischgestellverschiebungen, IMU-Ausgangssignalabweichungen und anderen Situationen kommt, muss die Kalibrierung sofort gestoppt werden und nach der Fehlerbehebung erneut gestartet werden, um die Erzeugung ungültiger Kalibrierungsdaten zu vermeiden;

2.  Die Vorwärmzeit der IMU muss den technischen Anforderungen strikt entsprechen, und eine unzureichende Vorwärmung kann zu instabilen Fehlerparametern führen und die Kalibrierungsgenauigkeit beeinflussen.

3.  Die Genauigkeit der Ausrichtung der Achsen des Drehtisches mit zwei Achsen beeinflusst das Kalibrierungsergebnis direkt und muss regelmäßig kalibriert werden, um sicherzustellen, dass die Genauigkeit der Achsen den Anforderungen entspricht;

4.  Die Temperatur, Vibrationen, elektromagnetische Störungen und andere Faktoren der kalibrierten Umgebung beeinflussen die Ausgabe der IMU erheblich, müssen die Umgebungsbedingungen streng kontrolliert werden und bei Bedarf Isolierungs- und Abschirmmaßnahmen ergreifen;

5.  Der kalibrierte Bericht muss von Fachleuten überprüft werden, um die Genauigkeit und Normativität des Berichts zu gewährleisten und nach der Überprüfung zu archivieren.