基于MEMS加速度计零偏和标度因数的温度补偿方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于MEMS加速度计零偏和标度因数的温度补偿方法及系统，方法包括：计算常温环境下温度均值、零点偏移矩阵、标度因数矩阵、固定交叉耦合系数矩阵；进行两个不同位置的变温试验，得到对应加速度计数值序列和目标区间的温度序列，获取各加速度序列中温度均值对应的加速度计数值；根据标度因数矩阵的逆矩阵、固定交叉耦合系数矩阵、温度均值对应的加速度计数值，计算得到零偏序列和标度因数序列；对温度序列和零偏序列进行曲线拟合得到零点偏移参数，对温度序列和标度因数序列进行曲线拟合得到标度因数参数；获取MEMS加速度计数据输出值，用零点偏移参数和标度因数参数补偿得到真实值。本发明专利技术提高了MEMS加速度计测量精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
基于MEMS加速度计零偏和标度因数的温度补偿方法及系统


[0001]本专利技术涉及惯性导航
，尤其涉及一种基于MEMS加速度计零偏和标度因数的温度补偿方法及系统。

技术介绍

[0002]微机械电子系统(Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System，MEMS)，又称为微机电系统，是采用纳米技术加工出的新一代微型机电装置。加速度计是一种微机电系统惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)的核心器件，用于测量载体的加速度，具有体积小、精度高、寿命长等优点，被广泛地应用于惯性导航与定位领域。
[0003]在系统工作过程中，由于工作环境或自然升温而引起的温度变化会导致惯性器件有所误差。为了解决这一问题，通常需要对惯性器件做温度补偿。通常加速度计补偿方式为将惯导系统水平放置于温箱中，进行变温试验，通过线性拟合的方式解算出温度补偿系数。然而，在传统加速度计温度补偿方法中，只能对加速度计进行零偏温度补偿，导致测量精度不够，容易出现误差。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种基于MEMS加速度计零偏和标度因数的温度补偿方法及系统，对MEMS加速度计在温度变化时造成的零点数据偏移和标度精度的降低进行了有效的补偿，提高了测量精度。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种基于MEMS加速度计零偏和标度因数的温度补偿方法，包括以下步骤：S1）计算MEMS加速度计常温环境下的温度均值、零点偏移矩阵b
a
、标度因数矩阵K
a
、固定交叉耦合系数矩阵N
a
；S2）对所述MEMS加速度计进行两个不同位置的变温试验，得到不同位置对应的加速度计数值序列和目标区间的温度序列，获取每个加速度序列中温度均值对应的加速度计数值；S3）根据标度因数矩阵K
a
的逆矩阵K
inv
、固定交叉耦合系数矩阵N
a
、零点偏移矩阵b
a
、温度均值对应的加速度计数值，计算得到零偏序列和标度因数序列；S4）对温度序列和零偏序列进行曲线拟合得到零点偏移参数b
p
，对温度序列和标度因数序列进行曲线拟合得到标度因数参数K
p
；S5）获取所述MEMS加速度计数据输出值，用零点偏移参数b
p
和标度因数参数K
p
对MEMS加速度计数据输出值补偿，得到MEMS加速度计数据真实值。
[0006]进一步的，步骤S1）具体包括：S11）分别获取MEMS加速度计各轴处于第一状态和第二状态时，MEMS加速度计输出的加速度值集合{a}和对应温度值集合{T}；
S12）根据温度值集合{ T }计算温度均值，根据加速度值{ a }计算MEMS加速度计各轴处于第一状态和第二状态时的加速度均值；S13）根据MEMS加速度计各轴处于第一状态和第二状态时的加速度均值计算零点偏移矩阵b
a
、标度因数矩阵K
a
，并计算标度因数矩阵K
a
的逆矩阵K
inv
，根据标度因数矩阵K
a
的逆矩阵K
inv
计算固定交叉耦合系数矩阵N
a
。
[0007]进一步的，步骤S2）具体包括：S21）获取MEMS加速度计第一测试位置的温度值和对应三轴加速度值的序列，并获取MEMS加速度计第二测试位置的温度值和对应三轴加速度值的序列；S22）将按温度值序列T
temp1
进行升序排序，将按温度值序列T
temp2
进行升序排序，并将重复项进行求平均处理；S23）将温度值序列T
temp1
、T
temp2
以及温度均值进行并运算，截取范围为max(min(T
temp1
),min(T
temp2
))至min(max(T
temp1
),max(T
temp2
))的温度数据作为温度序列；S24）使用线性插值方法，将三轴加速度值序列a
temp1
和a
temp2
中温度数据对应的数据组合成MEMS加速度数据序列，并从的三轴加速度值序列和中获取温度均值对应的加速度计数值以及。
[0008]进一步的，步骤S21）中，所述MEMS加速度计在第一测试位置时Z轴朝上，所述MEMS加速度计在第二测试位置时Y轴朝上并沿Z轴旋转目标角度。
[0009]进一步的，步骤S3）中零偏序列和标度因数序列表达式如下：表达式如下：上式中，为第一测试位置的常温三轴加速度计输入值，为第二测试位置的常温三轴加速度计输入值，有：常温三轴加速度计输入值，有：上式中，N
a
为固定交叉耦合系数矩阵，K
inv
为标度因数矩阵K
a
的逆矩阵，b
a
为零点偏移矩阵，为线性差值后的第一测试位置的三轴加速度值序列中温度均值对应的加速度计数值，为线性差值后的第二测试位置的三轴加速度值序列中温度均值对应的加速度计数值。
[0010]进一步的，步骤S4）中曲线拟合的类型为多项式、三角函数、高斯函数中的一种。
[0011]进一步的，步骤S5）具体包括：
S51）根据标度因数参数K
p
、零点偏移参数b
p
和对应的拟合曲线，计算目标时刻随温度变化的标度因数矩阵和零点偏移矩阵；S52）获取MEMS加速度计数据输出值，并根据标度因数矩阵和零点偏移矩阵进行补偿，得到MEMS加速度计数据真实值，表达式如下：上式中，N
a
为固定交叉耦合系数矩阵。
[0012]本专利技术还提出一种MEMS加速度计零偏和标度因数的温度补偿系统，包括：参数计算单元，用于计算MEMS加速度计常温环境下的温度均值、零点偏移矩阵b
a
、标度因数矩阵K
a
、固定交叉耦合系数矩阵N
a
；还用于根据标度因数矩阵K
a
的逆矩阵K
inv
、固定交叉耦合系数矩阵N
a
、零点偏移矩阵b
a
、温度均值对应的加速度计数值，计算得到零偏序列和标度因数序列；还用于对温度序列和零偏序列进行曲线拟合得到零点偏移参数b
p
，对温度序列和标度因数序列进行曲线拟合得到标度因数参数K
p
；变温试验单元，用于对所述MEMS加速度计进行不同位置的变温试验，得到不同位置对应的加速度计数值序列和目标区间的温度序列，获取每个加速度序列中温度均值对应的加速度计数值；数据补偿单元，用于获取所述MEMS加速度计数据输出值，用零点偏移参数b
p
和标度因数参数K
p
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MEMS加速度计零偏和标度因数的温度补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：S1）计算MEMS加速度计常温环境下的温度均值、零点偏移矩阵b
a
、标度因数矩阵K
a
、固定交叉耦合系数矩阵N
a
；S2）对所述MEMS加速度计进行两个不同位置的变温试验，得到不同位置对应的加速度计数值序列和目标区间的温度序列，获取每个加速度序列中温度均值对应的加速度计数值；S3）根据标度因数矩阵K
a
的逆矩阵K
inv
、固定交叉耦合系数矩阵N
a
、零点偏移矩阵b
a
、温度均值对应的加速度计数值，计算得到零偏序列和标度因数序列；S4）对温度序列和零偏序列进行曲线拟合得到零点偏移参数b
p
，对温度序列和标度因数序列进行曲线拟合得到标度因数参数K
p
；S5）获取所述MEMS加速度计数据输出值，用零点偏移参数b
p
和标度因数参数K
p
对MEMS加速度计数据输出值补偿，得到MEMS加速度计数据真实值。2.根据权利要求1所述的基于MEMS加速度计零偏和标度因数的温度补偿方法，其特征在于，步骤S1）具体包括：S11）分别获取MEMS加速度计各轴处于第一状态和第二状态时，MEMS加速度计输出的加速度值集合{a}和对应温度值集合{T}；S12）根据温度值集合{ T }计算温度均值，根据加速度值{ a }计算MEMS加速度计各轴处于第一状态和第二状态时的加速度均值；S13）根据MEMS加速度计各轴处于第一状态和第二状态时的加速度均值计算零点偏移矩阵b
a
、标度因数矩阵K
a
，并计算标度因数矩阵K
a
的逆矩阵K
inv
，根据标度因数矩阵K
a
的逆矩阵K
inv
计算固定交叉耦合系数矩阵N
a
。3.根据权利要求1所述的基于MEMS加速度计零偏和标度因数的温度补偿方法，其特征在于，步骤S2）具体包括：S21）获取MEMS加速度计第一测试位置的温度值和对应三轴加速度值的序列，并获取MEMS加速度计第二测试位置的温度值和对应三轴加速度值的序列；S22）将按温度值序列T
temp1
进行升序排序，将按温度值序列T
temp2
进行升序排序，并将重复项进行求平均处理；S23）将温度值序列T
temp1
、T
temp2
以及温度均值进行并运算，截取范围为max(min(T
temp1
),min(T
temp2
))至min(max(T
temp1
),max(T
temp2
))的温度数据作为温度序列；S24）使用线性插值方法，将三轴加速度值序列a
temp1
和a
temp2
中温度数据对应的数据组合成MEMS加速度数据序列，并从的三轴加速度值序列和中获取温度均值对应的加速度计数值以及。

【专利技术属性】
技术研发人员：李冠南，姚攀，徐林，罗志平，王靖元，
申请(专利权)人：湖南天羿领航科技有限公司，
类型：发明
国别省市：