一种MEMS陀螺仪标度因数的加速度敏感性补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种MEMS陀螺仪标度因数的加速度敏感性补偿方法，该方法包括如下步骤：根据MEMS陀螺仪在边缘台锁定和边缘台解除锁定两种情况下的MEMS陀螺仪输出，构建MEMS陀螺仪标度因数g敏感性向量和MEMS陀螺仪感知的加速度向量；使用高阶多项式表达MEMS陀螺仪标度因数g敏感性和MEMS陀螺仪感知的加速度之间的数学关系；通过矩阵运算的方法计算出高阶多项式的系数；利用拟合后的多项式进行MEMS陀螺仪标度因数g敏感性补偿。本发明专利技术提高了MEMS陀螺g敏感性补偿的精度。

An Acceleration Sensitivity Compensation Method for Scaling Factor of MEMS Gyroscope

The invention discloses an acceleration sensitivity compensation method for the scale factor of a MEMS gyroscope. The method comprises the following steps: according to the output of a MEMS gyroscope under the conditions of the edge table locking and the edge table unlocking, the scale factor G sensitivity vector of a MEMS gyroscope and the acceleration perceived by a MEMS gyroscope are constructed. Vector; Express the mathematical relationship between the scale factor G sensitivity of the MEMS gyroscope and the perceived acceleration of the MEMS gyroscope by using higher-order polynomial; Calculate the coefficients of the higher-order polynomial by matrix operation; Compensate the scale factor G sensitivity of the MEMS gyroscope by using the fitting polynomial. The present invention improves the accuracy of sensitivity compensation of the MEMS gyroscope G.

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS陀螺仪标度因数的加速度敏感性补偿方法
本专利技术属于MEMS陀螺仪
，尤其涉及一种MEMS陀螺仪标度因数的加速度敏感性补偿方法。
技术介绍
MEMS陀螺仪具有加速度敏感性(g敏感性)，主要表现在陀螺仪的零偏和标度因数随着加速度变化而变化，导致MEMS陀螺仪输出产生偏差。对MEMS陀螺仪零偏的g敏感性和标度因数的g敏感性进行标定和补偿有助于提高MEMS陀螺仪的测量精度。目前常规的MEMS陀螺仪g敏感性标定和补偿方法(参考专利CN105277215A，IEEEStandard528和IEEEStandard517)是在陀螺仪输入为0的情况下进行测试，主要解决的是MEMS陀螺仪零偏g敏感性的标定和补偿问题，没有进行陀螺仪标度因数的g敏感性标定和补偿，从而导致补偿不完善。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种MEMS陀螺仪标度因数的加速度敏感性补偿方法，以补充当前MEMS陀螺仪g敏感性的标定和补偿方法中没有陀螺仪标度因数标定和补偿的问题。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：根据本专利技术的一个方面，提供了一种MEMS陀螺仪标度因数的加速度敏感性补偿方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：设置双轴离心机，使其边缘台转轴垂直于主离心机转轴，锁定边缘台；步骤二：将MEMS陀螺仪固定安装在边缘台上，MEMS陀螺仪敏感轴与边缘台转轴重合，并使MEMS陀螺仪敏感轴指向或背向主离心机的中心，使得主离心机依次输出向心加速度序列：a0、a1、…、am，记录不同加速度下MEMS陀螺仪的输出，其中，a0＝0m/s2；步骤三：解除边缘台锁定，以转速Ω运动，让主离心机输出与步骤二相同的向心加速度序列：a0、a1、…、am，记录不同向心加速度下MEMS陀螺仪的输出；步骤四：根据MEMS陀螺仪在边缘台锁定和边缘台解除锁定两种情况下的MEMS陀螺仪输出，构建MEMS陀螺仪标度因数g敏感性向量和MEMS陀螺仪感知的加速度向量；步骤五：使用高阶多项式表达MEMS陀螺仪标度因数g敏感性和MEMS陀螺仪感知的加速度之间的数学关系；步骤六：通过矩阵运算的方法计算出高阶多项式的系数；步骤七：利用拟合后的多项式进行MEMS陀螺仪标度因数g敏感性补偿。上述MEMS陀螺仪标度因数的加速度敏感性补偿方法中，在步骤二中，MEMS陀螺仪敏感轴指向或背向主离心机的中心，使得主离心机依次输出向心加速度序列：a0、a1、…、am，记录不同加速度下MEMS陀螺仪的输出包括：当MEMS陀螺仪敏感轴指向主离心机的中心时，感知的加速度为：-a0、-a1、…、-am，将以上加速度下对应的MEMS陀螺仪的输出记为：bias-0，bias-1，…，bias-m；当MEMS陀螺仪敏感轴背向主离心机的中心时，感知的加速度为：a0、a1、…、am，将以上加速度下对应的MEMS陀螺仪的输出记为：bias+0，bias+1，…，bias+m；取bias-0和bias+0的算术平均值，记为bias0，即bias0＝(bias-0+bias+0)/2。上述MEMS陀螺仪标度因数的加速度敏感性补偿方法中，在步骤三中，让主离心机输出与步骤二相同的向心加速度序列：a0，a1…，am，记录不同向心加速度下MEMS陀螺仪的输出包括：当MEMS陀螺仪敏感轴指向主离心机的中心时，感知的加速度为：-a0、-a1、…、-am，将以上加速度下对应的MEMS陀螺仪的输出记为：out-0，out-1，…，out-m；当MEMS陀螺仪敏感轴背向主离心机的中心时，感知的加速度为：a0、a1、…、am，将以上加速度下对应的MEMS陀螺仪的输出记为：out+0，out+1，…，out+m；取out-0和out+0的算术平均值，记为out0，即有out0＝(out-0+out+0)/2。上述MEMS陀螺仪标度因数的加速度敏感性补偿方法中，在步骤四中，MEMS陀螺仪标度因数g敏感性向量SFg的公式如下：其中，I(2m-1)×1是大小为(2m-1)行1列的单位向量，sfg为MEMS陀螺仪感知的加速度-am、…、a0、…、am对应的MEMS陀螺仪标度因数的值的向量形式。上述MEMS陀螺仪标度因数的加速度敏感性补偿方法中，在步骤四中，MEMS陀螺仪感知的加速度向量G为：上述MEMS陀螺仪标度因数的加速度敏感性补偿方法中，在步骤五中，MEMS陀螺仪标度因数g敏感性SFi和MEMS陀螺仪感知的加速度ai的关系式用高阶多项式表达为：其中，i＝m、…、0、…、m；n是多项式的阶数，r＝0、1、…、n，Kr为高阶多项式的系数。上述MEMS陀螺仪标度因数的加速度敏感性补偿方法中，在步骤六中，MEMS陀螺仪标度因数g敏感性向量SFg和MEMS陀螺仪感知的加速度向量G的关系式用矩阵表达为：其中，Kr为高阶多项式的系数。上述MEMS陀螺仪标度因数的加速度敏感性补偿方法中，在步骤七中，利用拟合后的多项式进行MEMS陀螺仪标度因数g敏感性补偿的计算公式如下：其中，Ω是MEMS陀螺仪输出的角速率值，单位：°/s；Outg是MEMS陀螺仪的输出值，bias是MEMS陀螺仪的零偏，SF是MEMS陀螺仪未经补偿的标度因数。上述MEMS陀螺仪标度因数的加速度敏感性补偿方法中，所述双轴离心机包括主离心机、边缘台、MEMS陀螺仪敏感轴和MEMS陀螺仪；其中，所述主离心机包括主离心机转轴、主离心机旋转平面和主离心机底座；其中，所述主离心机转轴与所述主离心机底座转动连接；所述主离心机旋转平面套设于所述主离心机转轴；所述边缘台包括MEMS陀螺仪敏感轴、MEMS陀螺仪、边缘台旋转平面、边缘台底座、边缘台转轴；其中，所述边缘台底座设置于所述主离心机旋转平面；所述边缘台转轴与所述边缘台底座转动连接；所述边缘台旋转平面与所述边缘台转轴的顶端相连接；所述MEMS陀螺仪与所述边缘台旋转平面相连接，所述MEMS陀螺仪敏感轴与所述边缘台转轴重合，所述MEMS陀螺仪敏感轴的轴向与所述主离心机转轴的轴向相垂直。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种双轴离心机，包括主离心机、边缘台、MEMS陀螺仪敏感轴和MEMS陀螺仪；其中，所述主离心机包括主离心机转轴、主离心机旋转平面和主离心机底座；其中，所述主离心机转轴与所述主离心机底座转动连接；所述主离心机旋转平面套设于所述主离心机转轴；所述边缘台包括MEMS陀螺仪敏感轴、MEMS陀螺仪、边缘台旋转平面、边缘台底座、边缘台转轴；其中，所述边缘台底座设置于所述主离心机旋转平面；所述边缘台转轴与所述边缘台底座转动连接；所述边缘台旋转平面与所述边缘台转轴的顶端相连接；所述MEMS陀螺仪与所述边缘台旋转平面相连接，所述MEMS陀螺仪敏感轴与所述边缘台转轴重合，所述MEMS陀螺仪敏感轴的轴向与所述主离心机转轴的轴向相垂直。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：本专利技术利用双轴离心机输出的复合矢量，即不同大小的加速度矢量和不同大小的角速度矢量对MEMS陀螺仪的标度因数的g敏感性进行标定，并建立MEMS陀螺仪标度因数的g敏感性高阶多项式，可以在陀螺仪零偏g敏感性补偿基础上更进一步地补偿陀螺仪的g敏感性，提高了MEMS陀螺g敏感性补偿的精度。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS陀螺仪标度因数的加速度敏感性补偿方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一：设置双轴离心机，使其边缘台转轴(8)垂直于主离心机转轴(1)，锁定边缘台(20)；步骤二：将MEMS陀螺仪(5)固定安装在边缘台(20)上，MEMS陀螺仪敏感轴(4)与边缘台转轴(8)重合，并使MEMS陀螺仪敏感轴(4)指向或背向主离心机(10)的中心，使得主离心机(10)依次输出向心加速度序列：a0、a1、…、am，记录不同加速度下MEMS陀螺仪的输出，其中，a0＝0m/s2；步骤三：解除边缘台(20)锁定，以转速Ω运动，让主离心机输出与步骤二相同的向心加速度序列：a0、a1、…、am，记录不同向心加速度下MEMS陀螺仪的输出；步骤四：根据MEMS陀螺仪(5)在边缘台锁定和边缘台解除锁定两种情况下的MEMS陀螺仪输出，构建MEMS陀螺仪标度因数g敏感性向量和MEMS陀螺仪感知的加速度向量；步骤五：使用高阶多项式表达MEMS陀螺仪标度因数g敏感性和MEMS陀螺仪感知的加速度之间的数学关系；步骤六：通过矩阵运算的方法计算出高阶多项式的系数；步骤七：利用拟合后的多项式进行MEMS陀螺仪标度因数g敏感性补偿。...

【技术特征摘要】
1.一种MEMS陀螺仪标度因数的加速度敏感性补偿方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一：设置双轴离心机，使其边缘台转轴(8)垂直于主离心机转轴(1)，锁定边缘台(20)；步骤二：将MEMS陀螺仪(5)固定安装在边缘台(20)上，MEMS陀螺仪敏感轴(4)与边缘台转轴(8)重合，并使MEMS陀螺仪敏感轴(4)指向或背向主离心机(10)的中心，使得主离心机(10)依次输出向心加速度序列：a0、a1、…、am，记录不同加速度下MEMS陀螺仪的输出，其中，a0＝0m/s2；步骤三：解除边缘台(20)锁定，以转速Ω运动，让主离心机输出与步骤二相同的向心加速度序列：a0、a1、…、am，记录不同向心加速度下MEMS陀螺仪的输出；步骤四：根据MEMS陀螺仪(5)在边缘台锁定和边缘台解除锁定两种情况下的MEMS陀螺仪输出，构建MEMS陀螺仪标度因数g敏感性向量和MEMS陀螺仪感知的加速度向量；步骤五：使用高阶多项式表达MEMS陀螺仪标度因数g敏感性和MEMS陀螺仪感知的加速度之间的数学关系；步骤六：通过矩阵运算的方法计算出高阶多项式的系数；步骤七：利用拟合后的多项式进行MEMS陀螺仪标度因数g敏感性补偿。2.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪标度因数的加速度敏感性补偿方法，其特征在于：在步骤二中，MEMS陀螺仪敏感轴(4)指向或背向主离心机(10)的中心，使得主离心机(10)依次输出向心加速度序列：a0、a1、…、am，记录不同加速度下MEMS陀螺仪的输出包括：当MEMS陀螺仪敏感轴(4)指向主离心机的中心时，感知的加速度为：-a0、-a1、…、-am，将以上加速度下对应的MEMS陀螺仪(5)的输出记为：bias-0，bias-1，…，bias-m；当MEMS陀螺仪敏感轴(4)背向主离心机的中心时，感知的加速度为：a0、a1、…、am，将以上加速度下对应的MEMS陀螺仪(5)的输出记为：bias+0，bias+1，…，bias+m；取bias-0和bias+0的算术平均值，记为bias0，即bias0＝(bias-0+bias+0)/2。3.根据权利要求2所述的MEMS陀螺仪标度因数的加速度敏感性补偿方法，其特征在于：在步骤三中，让主离心机输出与步骤二相同的向心加速度序列：a0，a1…，am，记录不同向心加速度下MEMS陀螺仪的输出包括：当MEMS陀螺仪敏感轴(4)指向主离心机的中心时，感知的加速度为：-a0、-a1、…、-am，将以上加速度下对应的MEMS陀螺仪(5)的输出记为：out-0，out-1，…，out-m；当MEMS陀螺仪敏感轴(4)背向主离心机的中心时，感知的加速度为：a0、a1、…、am，将以上加速度下对应的MEMS陀螺仪(5)的输出记为：out+0，out+1，…，out+m；取out-0和out+0的算术平均值，记为out0，即有out0＝(out-0+out+0)/2。4.根据权利要求3所述的MEMS陀螺仪标度因数的加速度敏感性补偿方法，其特征在于：在步骤四中，MEMS陀螺仪标度因数g敏感性向量SFg的公式如下：其中，I(2m-1)×1是大小为(2m-1)行1列的单位向量，sfg为MEMS陀螺仪感知的加速度-am、…、a0、…、am对应的ME...

【专利技术属性】
技术研发人员：关伟，汤莉，石垒，张春京，李丹东，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11