1 引言

針對IMU的野外測試環(huán)境限制，需改進其測試方法，則需用新的硬件采集電路實現(xiàn)。根據(jù)實際需要，在CP-132ULV2數(shù)據(jù)采集板的基礎(chǔ)上，采用VC6．0設(shè)計了針對野外測試環(huán)境所需的測試軟件，從而實現(xiàn)在惡劣環(huán)境下完成對IMU的標定工作。

2 CP-132UL V2簡介

CP一132UL V2是Moxa公司生產(chǎn)的工業(yè)級多串口采集板，可信賴的信息傳輸最遠可達4 000英尺，最大波特率為92 160 b／s，使其傳輸RS一422／485的信息傳輸像RS一232一樣簡單?；贑P一132UL V2的自動數(shù)據(jù)傳輸控制的特點可為數(shù)據(jù)通道的開啟和關(guān)閉提供精確的時間控制，即使在高速數(shù)據(jù)傳輸下，也不會產(chǎn)生故障。將該器件置于電路板中的終端電阻器，為電阻器提供合適的阻值。絕緣保護方案可使電路板能夠承受2 000 V的高壓。下面給出CP-132UL V2的接口針分配圖，其中圖1是電路板和計算機的接口，25針結(jié)構(gòu)，可以直接插入工控機的主板插槽，表1為其各針接口功能；圖2是與設(shè)備連接的接口，9針結(jié)構(gòu)，連接需要測量的信號發(fā)生器，表2為其各針接口功能。

3 標定測試方法

IMU的核心部件是陀螺和加速度計，由于陀螺和加速度計自身的標度因數(shù)和安裝誤差因素的影響，使得IMU輸出存在較大誤差，所以需要標定IMU實現(xiàn)輸出補償。

采用分立標定方法標定慣組的誤差參數(shù)，所謂分立標定方法就是直接利用加速度計和陀螺的輸出作為觀測量，與已知基準信息相比較從而確定誤差參數(shù)。標定測試主要包括：①加速度計誤差參數(shù)的標定；②陀螺標度因數(shù)以及安裝誤差系數(shù)的標定；③陀螺常值漂移的標定；④標定結(jié)果評估。

4 標定軟件設(shè)計

基于CP-132UL V2的標定測試軟件主要包括RS-422串行通訊，靜漂測試和標定測試等功能模塊。

4．1 RS-422串行通訊

地面測試設(shè)備通過RS-422串行總線與慣組通訊，主要完成慣組數(shù)據(jù)接收和慣組誤差補償參數(shù)寫入，其波特率為921．6 Kb／s。而數(shù)據(jù)包括幀計數(shù)、3路陀螺數(shù)據(jù)及溫度3路加表數(shù)據(jù)及溫度，以及溫度控制板溫度。慣組的數(shù)據(jù)每隔10 ms發(fā)送一組數(shù)據(jù)。利用API函數(shù)實現(xiàn)對RS一422串口通信的訪問，在實現(xiàn)控制通信中，主要調(diào)用3個函數(shù)實現(xiàn)串口控制：首先配置串口，串口打開，然后通過對串口操作，接收數(shù)據(jù)后，關(guān)閉串口。程序設(shè)計流程如圖3所示。設(shè)計時，串口設(shè)計是針對CP-132UL V2采集板，由于采集板內(nèi)部可自動分配地址，所以不需要對硬件做任何操作，只需在軟件上編寫串口功能即可實現(xiàn)串口通訊。

4．2 靜漂測試

靜漂測試主要是對慣組進行一次通電穩(wěn)定性測試。測試數(shù)據(jù)采樣周期T、測試數(shù)據(jù)組數(shù)N可預(yù)先設(shè)定，最后計算靜漂測試數(shù)據(jù)平均值和隨機誤差，評估慣組穩(wěn)定性。

設(shè)計時，需要注意的是采樣周期和測試組數(shù)可任意設(shè)定，所以要將采樣周期和測試組數(shù)設(shè)為全局變量，計算平均值和隨機誤差時，只需將前面采集的數(shù)值進行簡單算法。

4．3 標定測試

4．3．1 加速度計標定

加速度計誤差參數(shù)的標定采用在重力場靜態(tài)條件下多位置標定方法。慣組加溫穩(wěn)定以后，按照表3所示的12個位置順序進行標定。

在測試過程中，如果某個位置數(shù)據(jù)不夠理想，可重新測定，也可在完成所有位置測試后，重新測定某個或幾個位置。所以在程序設(shè)計中，需要增加允許糾錯補錯功能，為每個位置設(shè)定其標志符，并且確定每個位置數(shù)據(jù)存入的數(shù)組位置，這樣重新測定某個位置后，新數(shù)據(jù)覆蓋舊數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)糾錯補錯功能。由于前面每個位置的數(shù)據(jù)都固定位置，所以處理數(shù)據(jù)時只需到已確定的位置讀取數(shù)據(jù)即可。

4．3．2 陀螺標度因數(shù)與安裝誤差系數(shù)的標定

采用速率標定方法來標定陀螺標度因數(shù)和安裝誤差系數(shù)。按X、Y、Z軸標定，允許糾錯或補錯。在單軸轉(zhuǎn)臺，利用轉(zhuǎn)臺的正反轉(zhuǎn)相互抵消地球角速度的影響。為了減小轉(zhuǎn)臺不水平的影響，采用提高轉(zhuǎn)速的方法，以高于30°／s的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)，由于地球自轉(zhuǎn)角速率相對于轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速來說很小．因此將轉(zhuǎn)臺近似視為繞慣性空間轉(zhuǎn)動。為了避免動態(tài)效應(yīng)．轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)啟動和停止均不包括在測試時間之內(nèi)。為提高試驗精度，采用整圈標定法，其轉(zhuǎn)動時間為120 s，轉(zhuǎn)數(shù)為10圈。

4．3．3 陀螺零位的標定

取天北西，天南東，地南西，地北東4個位置，每個位置靜態(tài)測試時間約20 min。設(shè)置4個標志位分別對應(yīng)4個位置，然后將4個位置的數(shù)據(jù)分別存入內(nèi)存數(shù)組中。將存入內(nèi)存數(shù)組中的4個位置的數(shù)據(jù)分別帶入（1）式得到陀螺零位。陀螺零位為4個位置陀螺輸出的算術(shù)平均值（Dx0）。

4．3．4 程序設(shè)計流程

標定測試共分為3步：①位置標定，完成對加速度計的標定；②速率標定，標定陀螺的安裝誤差和標度因數(shù)；（9陀螺常值標定。圖4為總程序設(shè)計流程。按照圖4的流程，設(shè)計圖5所示的測試軟件。設(shè)計中首先判斷功能．選擇所需的功能，只需設(shè)置3個標志符，每個標志符對應(yīng)相應(yīng)的功能。具體測試功能中，建立3個類，各個類編寫各自的測試功能。位置標定時，由于位置比較多，對每一個位置都應(yīng)設(shè)置各自的標志符，采集到的數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存中固定位置。這樣處理數(shù)據(jù)時只需讀取相應(yīng)位置，避免誤操作，縮短操作時間。在速率標定時，設(shè)置3個全局變量分別表示3個軸，同時在補測時，可直接將舊數(shù)據(jù)覆蓋新數(shù)據(jù)。陀螺零位測試時，由于測試時間較長，在測試初始化中需占用的數(shù)組存儲空間較大，數(shù)據(jù)處理部分和位置標定差不多。圖5是測試界面。

5 結(jié)果評估

將IMU組合置于平板上，利用所測得的陀螺和加表的各項誤差系數(shù)，根據(jù)陀螺和加表的誤差方程，求得此時陀螺和加表在標得的誤差系數(shù)下的輸入，即陀螺各軸敏感的地球自轉(zhuǎn)角速度和加表各軸敏感的重力加速度，然后與理想的地球自轉(zhuǎn)角速度及重力加速度相比較，評估標定結(jié)果。如果相差在陀螺和加表的精度允許范圍內(nèi)，說明標定結(jié)果比較滿意。

6 結(jié)語

CP一132UL V2一端接IMU組合，另一端直接插入工控機，采用VC6．0編寫滿足測試方案的測試軟件。經(jīng)工程測試證明，測試軟件與CP一132UL V2兼容性好，在高波特率下工作穩(wěn)定，順利完成IMU的地面測試。

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