一种MEMS陀螺仪温度误差补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种MEMS陀螺仪温度误差补偿方法，包括：对陀螺仪进行全温零偏及标度因数测试，绘制陀螺仪角速度输出偏差与角速度输出的变化关系曲线及陀螺仪角速度输出偏差与温度输出的变化关系曲线；建立陀螺仪角速度输出偏差与角速度输出的关系模型；建立陀螺仪角速度输出偏差与温度输出的关系模型；建立陀螺仪角速度输出偏差与角速度输出和温度输出的拟合估计曲面，计算拟合系数；根据得到的拟合估计曲面计算补偿量。可以实现对陀螺仪进行全温零偏及标度因数同时补偿，不仅提高了补偿的精度，试验效率也明显提高，同时也避免出现某些项比如温度的叠加影响导致的补偿效果不佳的情况。

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS陀螺仪温度误差补偿方法
本专利技术涉及MEMS陀螺仪的温度补偿
，具体地涉及一种MEMS陀螺仪温度误差补偿方法，可以对陀螺仪全温零偏及标度因数同时补偿。
技术介绍
微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS)陀螺仪主要由敏感结构及其信号处理电路构成，是一种利用科氏力测量物体角速度的传感器。具有体积小、成本低、功耗低、抗过载、易集成等特点，在消费电子、工业机器人、无人机及军事领域具有广阔的应用前景。然而，硅基MEMS陀螺仪(以下简称陀螺仪)很容易发生温漂，外界环境温度的变化以及陀螺仪工作时产生的热量均能使得微小的敏感结构温度发生变化，器件参数随之产生改变，最终导致陀螺仪的零位漂移(以下简称零偏)和标度因数产生变化。因此，陀螺仪零偏和标度因数温度误差补偿对提高其精度十分必要。为降低温度对陀螺仪性能的影响，目前一般采用以下四种方式：1)研制对温度不敏感的敏感结构；2)在敏感结构中增加负温度系数的部分以补偿温度的影响；3)通过外加装置保持陀螺仪工作环境温度稳定；4)建立温度误差补偿模型，计算出误差补偿量，进行实时补偿。综合工程应用考虑，第4种方式具有较强的实用性，也是目前工程实际中的广泛应用的方法。具体如下：文献[1]房建成，张霄，李建利.一种MEMS陀螺标度因数误差补偿方法[J].航空学报提出了一种按照陀螺仪角速度大小分段插值对标度因数进行补偿的方法；文献[2]王成宾，乌萌，管斌.MEMS陀螺零偏温度补偿模型研究[J].导航与控制提出了一种利用最小二乘法并结合多元线性回归技术实现陀螺仪零偏温度补偿的方法。CN2018112376095，提出了一种新型光纤陀螺仪的温度补偿方法，利用温度及温度梯度构造光纤陀螺仪的温度补偿模型，以实现对光纤陀螺仪的零偏温度补偿。CN2018101755647，提出了一种MEMS陀螺仪的综合温度补偿方法，通过采集陀螺仪在不同温度下的原始输出值进行多项式拟合和线性插值计算，实现MEMS陀螺仪的零偏温度补偿，优点是简化算法，以提高微处理器计算效率。CN2016107090722，针对MEMS陀螺仪在实际使用过程中出现异常偏置温漂的情况，提出了一种基于样品温度标定曲线进行温度补偿的方法，主要解决陀螺仪的异常偏置温漂的温度补偿问题，提高陀螺仪产品的成品率，对改善陀螺仪温度性能的作用不大。综上所述，目前常规采用的陀螺仪温度补偿方法大多着重于对零偏温度误差进行补偿，而在实际工程应用中，标度因数对导航解算的精度起着很大的作用，因此对标度因数的温度补偿亦十分重要。现存文献一般先后对陀螺仪的零偏和标度因数进行分别补偿，补偿的先后次序也影响着补偿效果；在多次补偿中，存在某些项比如温度的叠加影响导致补偿效果不佳的情况出现。因此，有必要提出一种对陀螺仪零偏及标度因数同时补偿的方法，以解决上述问题。
技术实现思路
针对上述存在的技术问题，本专利技术目的是：提供了一种MEMS陀螺仪温度误差补偿方法，可以对陀螺仪的全温零偏及标度因数同时补偿，不仅提高了补偿的精度，试验效率也明显提高，同时也避免出现某些项比如温度的叠加影响导致的补偿效果不佳的情况。本专利技术的技术方案是：一种MEMS陀螺仪温度误差补偿方法，包括以下步骤：S01：对陀螺仪进行全温零偏及标度因数测试，绘制陀螺仪角速度输出偏差与角速度输出的变化关系曲线及陀螺仪角速度输出偏差与温度输出的变化关系曲线；S02：根据绘制的陀螺仪角速度输出偏差与角速度输出的变化关系曲线，建立陀螺仪角速度输出偏差与角速度输出的关系模型；根据绘制的陀螺仪角速度输出偏差与温度输出的变化关系曲线，建立陀螺仪角速度输出偏差与温度输出的关系模型；S03：建立陀螺仪角速度输出偏差与角速度输出和温度输出的拟合估计曲面，计算拟合系数；S04：根据得到的拟合估计曲面计算补偿量。优选的技术方案中，所述步骤S01中对陀螺仪进行全温零偏及标度因数测试之前还包括：将陀螺仪固定于温控单轴速率转台，陀螺仪敏感轴向与转台法向平行；设置待测温度点序列和待测转速点序列。优选的技术方案中，每个温度点到温后保温一定时间至温度稳定，每个转速点数据采集一定时间，陀螺仪原始角速度输出ΩO及原始温度输出TO取一定时间内的均值。优选的技术方案中，所述步骤S02中陀螺仪角速度输出偏差与角速度输出的关系模型为：e(ΩO)＝a1ΩO+a0；其中，e(Ωo)为标度因数相关的角速度偏差，a1、a0为一次多项式系数。优选的技术方案中，所述步骤S02中陀螺仪角速度输出偏差与温度输出的关系模型为：其中，e(To)为温度相关的角速度偏差，b3、b2、b1、b0为三次多项式系数。优选的技术方案中，所述步骤S03中陀螺仪角速度输出偏差与角速度输出和温度输出的拟合估计曲面为：其中，c00、c10、c01、c11、c02、c12、c03为拟合系数。优选的技术方案中，所述步骤S03中计算拟合系数包括：S31：根据测试数据计算得到三组数据列，分别为：角速度输出原始数据ΩO、温度输出原始数据TO、角速度输出偏差e(ΩO,TO)；S32：根据最小二乘准则使得估计值与实测值的误差平方和最小，得到拟合系数。与现有技术相比，本专利技术的优点是：本专利技术可以对陀螺仪进行全温零偏及标度因数同时补偿，为后续惯性测量组件的高精度标定补偿奠定良好的基础。基于应用实例可通过一次全温试验过程达到补偿效果。与常规的补偿方法相比，节省了逐个参数补偿的流程。不仅提高了补偿的精度，试验效率也明显提高，同时也避免出现某些项比如温度的叠加影响导致的补偿效果不佳的情况。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1为不同温度点下，角速度输出偏差与角速度输出的关系曲线；图2为不同转速点(即角速度输入)下，角速度输出偏差与陀螺仪温度输出的关系曲线；图3为本专利技术陀螺仪温度误差补偿系数计算流程图；图4为本专利技术拟合得到的补偿曲面。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。本专利技术的一种硅基MEMS陀螺仪温度误差补偿方法，包括以下步骤：首先，要建立基于温控单轴速率位置转台的陀螺仪温度误差补偿试验方案，测试在一系列温度点下陀螺仪的零偏与标度因数相关数据，基于上述测试数据，绘制①不同转速点(即角速度输入)下，陀螺仪角速度输出偏差与温度的变化关系曲线；②不同温度点下，陀螺仪角速度输出偏差与转速(即角速度输入)的变化关系曲线。建立陀螺仪角速度输出偏差与温度和角速度输出的模型。然后，建立基于上述误差补偿模型的陀螺仪温度误差补偿系数计算程序，输出补偿系数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS陀螺仪温度误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS01：对陀螺仪进行全温零偏及标度因数测试，绘制陀螺仪角速度输出偏差与角速度输出的变化关系曲线及陀螺仪角速度输出偏差与温度输出的变化关系曲线；/nS02：根据绘制的陀螺仪角速度输出偏差与角速度输出的变化关系曲线，建立陀螺仪角速度输出偏差与角速度输出的关系模型；根据绘制的陀螺仪角速度输出偏差与温度输出的变化关系曲线，建立陀螺仪角速度输出偏差与温度输出的关系模型；/nS03：建立陀螺仪角速度输出偏差与角速度输出和温度输出的拟合估计曲面，计算拟合系数；/nS04：根据得到的拟合估计曲面计算补偿量。/n

【技术特征摘要】
1.一种MEMS陀螺仪温度误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：对陀螺仪进行全温零偏及标度因数测试，绘制陀螺仪角速度输出偏差与角速度输出的变化关系曲线及陀螺仪角速度输出偏差与温度输出的变化关系曲线；
S02：根据绘制的陀螺仪角速度输出偏差与角速度输出的变化关系曲线，建立陀螺仪角速度输出偏差与角速度输出的关系模型；根据绘制的陀螺仪角速度输出偏差与温度输出的变化关系曲线，建立陀螺仪角速度输出偏差与温度输出的关系模型；
S03：建立陀螺仪角速度输出偏差与角速度输出和温度输出的拟合估计曲面，计算拟合系数；
S04：根据得到的拟合估计曲面计算补偿量。


2.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪温度误差补偿方法，其特征在于，所述步骤S01中对陀螺仪进行全温零偏及标度因数测试之前还包括：
将陀螺仪固定于温控单轴速率转台，陀螺仪敏感轴向与转台法向平行；设置待测温度点序列和待测转速点序列。


3.根据权利要求2所述的MEMS陀螺仪温度误差补偿方法，其特征在于，每个温度点到温后保温一定时间至温度稳定，每个转速点数据采集一定时间，陀螺仪原始角速度输出ΩO及原始温度输出TO取一定时间内的均值。


4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑檬娟，王晓臣，吴宇曦，
申请(专利权)人：中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心，
类型：发明
国别省市：江苏;32