作者 张文瑞 张丕状 中北大学 仪器科学与动态测验教育部要点试验室(山西 太原 030051)
张文瑞(1991-)，女，硕士生，研讨方向：信号处理;张丕状，男，教授，博士，研讨方向：信号与信息处理、嵌入式、惯性导航技能等。
摘要：本文构建了以MPU6050传感器为中心的数字收集体系，实时收集得到三轴陀螺仪和三轴加速度计随直径为25cm转台旋转一周的运动数据，根据四元素的姿势更新算法描绘其运动轨道;为验证算法的正确性，剖析了传感器在转台上的运动进程，经过核算机仿真模仿上述运动，得到传感器输出数据，仍经过上述算法解算运动轨道。仿真出运动轨道的确近似是直径为25cm的圆，然后验证了此算法的准确性。此外，经过比照仿真轨道成果和实践数据解算运动轨道，发现因为运动时刻延伸，陀螺漂移和积分累积差错对轨道丈量的精度有着不行忽视的影响;MPU6050传感器精度太低，适用于短时刻低速运动或细小旋转视点场合。
导言
现如今，在惯性丈量范畴现已广泛运用MEMS技能进行加速度、速度以及位移的丈量操控，如：丈量人体某个部位的运动状况[1]，飞行器某时刻的姿势信息、轨道航向[2]等。查阅国内外许多参考文献发现，对MEMS传感器的各种使用，人们还在不断地探求，未来五到十年应该是该范畴高速开展的又一新阶段[3]。例如香港大学的学者们在致力于研讨一种根据MEMS惯性传感器的电子笔，它能够无触摸地重构出笔端的运动轨道;德国慕尼黑大学的学者们也在企图使用这种 MEMS惯性单元识别出载体的运动轨道[4-6];国内国防科技大学、我国计量学院也都在积极地做这方面的研讨[7-8]。
因为受MEMS传感器精度的影响，现有的研讨成果遍及存在着轨道重构的精度不够高，姿势差错随时刻堆集效应显着等缺陷，为探求传感器精度对轨道重构的影响程度，本文测验使用低精度传感器MPU6050重构物体运动轨道。经过仿真模仿传感器设备在转台上运动状况，比照仿真成果和实测成果，剖析影响实测成果的主要因素。
研讨思路如下：在直径为25cm，顺时针方向旋转的低速转台上按如下设备办法将传感器设备尽量水平设备在转台上，并随转台旋转一周，使用相关算法描绘运动轨道。为验证算法的正确性，模仿了传感器在转台上运动时三轴加速度和角速度输出，仿真其运动轨道。
MPU6050传感器相关技能目标如下：
1)加速度传感器技能目标：初始标定差错：±3%; 零偏输出：X、Y轴：±50 mg，Z轴：±80 mg。
2)陀螺仪传感器技能目标： 初始标定差错：±3%;零偏输出：±20°/s(温度25℃)。
笔者曾对影响加速度传感器精度的一些目标(如加速度计的零偏和标度因子)运用六方位法[9]进行加速度计静态校准，成果：X轴零偏差错缩小到22.5mg，标度因子差错缩小在-0.15%～0.5%;Y轴零偏差错缩小到8.2mg，标度因子差错缩小在0.25%～1.3%;Z轴零偏差错缩小到37.83 mg，标度因子差错缩小在-1.85%～0.43%，比较上述技能目标，传感器精度显着得到改进。此外，运用论文[10]里说到的椭球拟合法对设备进程中存在的非正交差错角做了相关校准和补偿，能有用减小加速度计的非正交差错对传感器丈量差错的影响。
1 转台试验研讨办法和仿真传感器数据生成
1.1 转台试验研讨办法
试验中，转台以顺时针方向旋转，依托电机驱动，取得运动角速度，经过核算得到角加速度近似为0.37 rad/s2。传感器Z轴沿竖直方向向上，X轴指向转台圆心，Y轴沿运动方向。抱负状况下，传感器Z轴角速度即为转台角速度，另两轴无角速度;但因为传感器设备在转台上的设备并非水平，使得传感器各轴与转台平面存在细小的倾角，导致转台角速度和传感器Z轴角速度并不完全一致。从运动学组成和分化的视点动身，传感器各轴角速度输出是由转台角速度供给，即转台角速度矢量在传感器三轴的重量即为其瞬时角速度输出。图1给出了简易转台旋转设备的俯视图。
