1 引言

針對IMU的野外測試環境限制，需改進其測試方法，則需用新的硬件采集電路實現。根據實際需要，在CP-132ULV2數據采集板的基礎上，采用VC6．0設計了針對野外測試環境所需的測試軟件，從而實現在惡劣環境下完成對IMU的標定工作。

2 CP-132UL V2簡介

CP一132UL V2是Moxa公司生產的工業級多串口采集板，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。基于CP一132UL V2的自動數據傳輸控制的特點可為數據通道的開啟和關閉提供精確的時間控制，即使在高速數據傳輸下，也不會產生故障。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針結構，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是與設備連接的接口，9針結構，連接需要測量的信號發生器，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實現輸出補償。

采用分立標定方法標定慣組的誤差參數，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。標定測試主要包括：①加速度計誤差參數的標定；②陀螺標度因數以及安裝誤差系數的標定；③陀螺常值漂移的標定；④標定結果評估。

4 標定軟件設計

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

地面測試設備通過RS-422串行總線與慣組通訊，主要完成慣組數據接收和慣組誤差補償參數寫入，其波特率為921．6 Kb／s。而數據包括幀計數、3路陀螺數據及溫度3路加表數據及溫度，以及溫度控制板溫度。慣組的數據每隔10 ms發送一組數據。利用API函數實現對RS一422串口通信的訪問，在實現控制通信中，主要調用3個函數實現串口控制：首先配置串口，串口打開，然后通過對串口操作，接收數據后，關閉串口。程序設計流程如圖3所示。設計時，串口設計是針對CP-132UL V2采集板，由于采集板內部可自動分配地址，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定性測試。測試數據采樣周期T、測試數據組數N可預先設定，最后計算靜漂測試數據平均值和隨機誤差，評估慣組穩定性。

設計時，需要注意的是采樣周期和測試組數可任意設定，所以要將采樣周期和測試組數設為全局變量，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

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

在測試過程中，如果某個位置數據不夠理想，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。所以在程序設計中，需要增加允許糾錯補錯功能，為每個位置設定其標志符，并且確定每個位置數據存入的數組位置，這樣重新測定某個位置后，新數據覆蓋舊數據，從而實現糾錯補錯功能。由于前面每個位置的數據都固定位置，所以處理數據時只需到已確定的位置讀取數據即可。

4．3．2 陀螺標度因數與安裝誤差系數的標定

采用速率標定方法來標定陀螺標度因數和安裝誤差系數。按X、Y、Z軸標定，允許糾錯或補錯。在單軸轉臺，利用轉臺的正反轉相互抵消地球角速度的影響。為了減小轉臺不水平的影響，采用提高轉速的方法，以高于30°／s的轉速來實現，由于地球自轉角速率相對于轉臺轉速來說很小．因此將轉臺近似視為繞慣性空間轉動。為了避免動態效應．轉臺的旋轉啟動和停止均不包括在測試時間之內。為提高試驗精度，采用整圈標定法，其轉動時間為120 s，轉數為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，每個位置靜態測試時間約20 min。設置4個標志位分別對應4個位置，然后將4個位置的數據分別存入內存數組中。將存入內存數組中的4個位置的數據分別帶入（1）式得到陀螺零位。陀螺零位為4個位置陀螺輸出的算術平均值（Dx0）。

4．3．4 程序設計流程

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；（9陀螺常值標定。圖4為總程序設計流程。按照圖4的流程，設計圖5所示的測試軟件。設計中首先判斷功能．選擇所需的功能，只需設置3個標志符，每個標志符對應相應的功能。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，對每一個位置都應設置各自的標志符，采集到的數據存儲在內存中固定位置。這樣處理數據時只需讀取相應位置，避免誤操作，縮短操作時間。在速率標定時，設置3個全局變量分別表示3個軸，同時在補測時，可直接將舊數據覆蓋新數據。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組存儲空間較大，數據處理部分和位置標定差不多。圖5是測試界面。

5 結果評估

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，根據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下的輸入，即陀螺各軸敏感的地球自轉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角速度及重力加速度相比較，評估標定結果。如果相差在陀螺和加表的精度允許范圍內，說明標定結果比較滿意。

6 結語

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定，順利完成IMU的地面測試。

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