死磕陀螺仪之(一)陀螺仪参数意义以及工程转换

陀螺参数意义以及工程转换

最近在测量陀螺和配置相应的卡尔曼滤波参数，对之前没有弄清楚的问题重新探讨查询一番，特此记录下来。非专业且从工程应用角度。

陀螺的指标比较复杂，并且不同的厂家说法名字都不一样。工程上重要的有：零偏，零偏稳定性，零偏不稳定性，零偏重复性，角随机游走，速率噪声密度。

以下为个人理解，详情见附录1。

零偏（Bias）：不多解释。

零偏稳定性（Bias stability，In-Run Bias Stability）：衡量在一次上电过程中，零偏的变化，单位大多为°/h。是陀螺最为重要的指标，工程上常用一段时间采样平均值的标准差来衡量。但是平滑时间是不固定的，如果是光纤陀螺，平滑时间通常为10s，如果是激光陀螺，平滑时间通常为100s（注1），MEMS的平滑时间为10s。它体现的是陀螺仪的综合性能。

零偏不稳定性（Bias instability）：单位大多为°/h，这个参数是用Allan方差计算的，是Allan方差的最低点，与陀螺的零偏稳定性单位相同，但是二者的数值没有固定的关系。

零偏重复性（Run-Run Bias Stability）：单位大多为°/h，是衡量每一次陀螺上电的零偏的变化，测试时注意每一次上电之间的间隔要大一些，10-20min比较稳妥。

角度随机游走（Angular random walk，ARW）：利用Allan方差来计算，单位为°/√h。工程上可以理解为衡量陀螺白噪声方差的一个量，二者有一定的换算关系。

速率噪声密度（Rate Noise Density，RND）: 利用Allan方差来计算，单位为°/sec/√Hz。工程上可以理解为衡量陀螺白噪声方差的一个量，与角度随机游走相同二者有一定的换算关系。

角速度随机游走（Rate Random Walk，RRW）：利用Allan方差来计算，单位为 °/ (h)^1.5。陀螺的角速率输出随着时间缓慢变化，通常由系统误差引起，比如环境温度的缓慢变化。可以用来衡量零偏的变化规律。

速率斜坡(Rate Ramp)：利用Allan方差来计算，单位为 °/ (h)^2陀螺的角速率输出随着时间缓慢变化，通常由系统误差引起，比如环境温度的缓慢变化，可以通过严格的环境控制或引入补偿来降低此类误差。

参数之间的换算关系如下图：

ARW与RND之间的换算关系（注2）

这里的换算参数不一定，如果是ADIS的陀螺，他的换算关系是60/√2，如果是其他的陀螺，则可能是60，大致在这二者之间。

数据标准差与RND之间的关系（注2）

这个换算关系式非常重要，因为工程上很关注采样的白噪声，直接影响控制精度，这个关系式可以为陀螺的选型和滤波器设计提供依据,同样也可以反向验证陀螺指标。但是有一点并没有弄清楚，如果陀螺直接8Hz采样，没有滤波，那么式中的fNBW是否为4Hz呢？？？

STIM202陀螺参数

ADIS16375陀螺指标参数

ADIS16488陀螺指标参数

利用手册中的参数来验证ARW和RND，发现还是比较准确的，测试陀螺采样值的std和RND之间的换算关系，发现经验公式也是比较准确的。

非专业，仅供工程参考，欢迎指正，多多讨论。

注1：http://bbs.81tech.com/forum.php?mod=viewthread&tid=227147

注2：采用MEMS陀螺仪的 低噪声反馈控制设计

附录1：陀螺指标的专业解读，http://note.youdao.com/noteshare?id=69aa4921c6b564ab809565010e6c1455&sub=F4CB58938A984089981C85D9C1EBCE5D

附录二：ADIS公司有用的文档，http://note.youdao.com/noteshare?id=b7d45c0757e87a028649dd31be72d95e&sub=D283576BBB38409DA704F6775AFE030D

陀螺系列：

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