摘要：惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）作为AGV导航部件应用时存在位姿误差累积。采用高精度磁强计信息对MEMS陀螺误差参数进行在线标定，以减小长航时运动任务时的导航定位误差。通过推导磁强计的测量模型及IMU的姿态测量关系，将磁航向角与姿态偏航角两个参数值对比，以磁强计信息作为稳定参考量，估计MEMS陀螺的误差参数。估计算法采用非线性的无迹卡尔曼滤波（UKF），建立了MEMS陀螺误差模型，确定12维参数作为估计对象，包括零漂、刻度因子、安装失准角等，作为系统状态向量，采用磁强计测量参数模型建立量测方程，实现多参数的在线最优估计，将标定后的参数进行位姿测量可提高导航精度。用该方法标定后的陀螺进行姿态解算进行实验，实验结果表明：对比较标定前数据，标定后的静态姿态精度（1σ)提高约47%；动态精度小于2°,提高约25%。相对于离线标定，此方法不需要频繁拆卸，快速、实时地进行误差校准，可以减少长航时在线标定的误差积累。
关键词：AGV,MEMS陀螺,在线标定,误差模型,磁强计,无迹卡尔曼滤波（UKF）
0引言
MEMS陀螺被广泛用于姿态测量系统，在自动驾驶中惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）的应用已成为不可或缺的传感部件之一，可实现位姿测量与自主式导航，实现路径规划。由于其误差累积特性导致其定位误差随时间增加，因此如何有效减少传感器误差，是提升系统导航的关键，其误差补偿技术也是近年来国内外惯性领域的研究热点。MEMS陀螺的主要误差项包括零偏、标度因数、与比力有关项的安装误差，此三类误差对陀螺性能影响最大。通常其参数标定大都是在实验室条件下进行离线标定，此种方式需要高精度的参考信息，如三轴转台、分度头等精密仪器，标定后的参数长期固定不变。然而某些无法提供参考信息的应用领域，如运动过程中的姿态确定、机器人的长航时行进、AGV搬运任务等应用场景中，由于温度、电磁等相关因素的影响，不可避免会导致传感器的误差参数发生变化，需要定期对陀螺误差在线标定以得到最佳的标定参数。
目前对MEMS陀螺在行进中的在线标定方法，主要是采用辅助传感器提供较为准确的量测信息，用相关估计算法得到陀螺的各种误差量。如文献[1]提出了一种采用高精度磁强计实现对MEMS姿态陀螺的标定方法并进行了仿真实验，结果表明可有效提高陀螺精度，但只对陀螺的零位漂移误差作了标定，而刻度因子和安装误差等对传感器的性能影响也不可忽视；针对机载系统，文献[2]采用GPS作为外部量测信息实现惯性传感器的空中标定，这是较为常用的一种方法，然而GPS信号易受阻塞或干扰，不适合有战略背景的应用领域；文献[3]针对航天领域采用星敏感器测量值作为辅助信息，在飞行器姿态信息的同时估计出陀螺相关误差参数。
在AGV的工程应用领域，基于IMU导航方式进行定期参数校准主要采用以下两种方式。（1）二维码校准。即在AGV的行进轨迹张贴二维码，在二维码被识别后，可以根据二维码标识确定当前位置，并结合其他相关信息，反馈至惯性导航系统，用于速度与位置的定时校准，保证误差积累在可接受的范围之内。这是一种较低成本的应用方式，但不足之处在于，二维码容易受到磨损和破坏，在规划路径变化时，需要重新规划二维码的布设，不适合智能工厂的应用。（2）磁钉校准。它通过测量物体周围地磁场的强度和方向，从而计算出物体的位置信息。磁钉校准系统不受GPS和其他导航系统的影响，能够在室内环境和封闭空间中进行定位和导航。不足之处是需要在厂区地面安装磁钉，需要对场区地面重新施工，增加成本，在要求严苛的智能工厂得不到广泛应用。
本文提出高精度磁强计信息对MEMS陀螺误差参数进行在线标定的方法。采用高精度的三轴磁强计对姿态测量系统中MEMS陀螺的相关误差参数进行在线标定，通过建立陀螺的误差模型和磁强计的测量模型，将磁强计的测量信息作为参考，加入姿态计算公式中，目的是在姿态信息被使用前，用高精度三轴磁强计测量信息作为滤波量测向量，来实时估计MEMS陀螺的各项误差，如零位漂移、刻度因子、安装误差等，通过实验验证了该方法能够减少误差积累。其应用对象主要在于较长时间工作，需要定期标定而不容易实现地面标定的情况，如卫星定姿、无人机、航天飞行器等领域。
1在线标定思路
基于高精度转台的离线标定方法有精度高的优点[4]，但不适合传感器在线参数标定和校准的需求，以智慧工厂AGV的运行为例[5]，需要连续长时间工作，且工作环境较为恶劣，因此需要对相关参数进行实时在线标定以达到误差补偿和校准作用。当传感器在运行过程中需要误差校准时，需要有稳定的、较高精度参考设备来作为校准依据。在本文中，高精度磁强计承担了此项角色，
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