一种数字加速度计的圆周温补标定方法技术

本发明专利技术公开了一种数字加速度计的圆周温补标定方法，通过圆周多位置温度拉练，充分利用加速度计圆周内各位置的温度特性对温补标定模型各温度补偿参数进行求解，进一步利用智能优化算法对各温度补偿参数非线性温补模型进行优化，最后获得加速度计标度因数、零偏、转台初始误差角的非线性温补模型系数，进而实现加速度计的温补与标定。本发明专利技术方法能够同时对数字加速度计进行同步温补与标定，且温补标定参数模型充分利用了圆周内各位置温度特性。最后将智能优化算法应用于温补标定参数非线性温补模型优化，可获得较高精度加速度计温补标定模型参数。定模型参数。定模型参数。

【技术实现步骤摘要】
一种数字加速度计的圆周温补标定方法


[0001]本专利技术涉及数字加速度计温度补偿(本专利技术中或简称“温补”)与标定
，具体涉及一种数字加速度计的圆周温补标定方法。

技术介绍

[0002]数字石英挠性加速度计因具有高精度、小体积、高稳定性等特点，目前广泛应用于航空航天、石油勘探等领域，其精度直接影响到导航系统的姿态、速度以及定位精度，而环境温度、振动、磁场、气压等都会对加速度计精度产生恶劣影响，尤其以环境温度的影响最为明显。因此，在加速度计实际应用前，都会对其标度因数与零偏误差进行高精度补偿。
[0003]由于传统对石英挠性加速计进行温度补偿的方法中，往往使用具有温度控制功能的转台，且采用先标定再利用误差模型进行温补，或者先温补再转台标定的方法，这两种方法均将标定与温补分离开，未同时考虑零偏与标度因数的温度漂移误差，也未考虑进温控转台本身的误差角，因此采用传统方法温补后加速度计精度仍有较大提升空间。
[0004]公开号为CN 109142792 A的专利说明书公开了一种石英挠性加速度计温度误差标定补偿方法，通过在室温下对石英挠性加速度计进行八位置标定以及在温箱内对石英挠性加速度计进行多组变温实验，得到加速度计的输出与温度的数据；然后采用加速度计温度模型的方法，得到石英挠性加速度计的输出与温度的函数关系；之后采用反推法和逐项差分处理，得到n
‑
1组逐项差分数据结果；最后采用稳健回归估计方法，得到标度因数关于温度的函数；然后得到零偏关于温度的函数；最终得到石英挠性加速度计输出的温度误差标定补偿模型。上述专利技术方案不涉及转台初始误差角，且其解算所用数据是依据温度离散的，相较于连续域数据而言，该专利技术的离散域数据精度较差。
[0005]此外，公开号为CN 113670336 A的专利说明书公开的石英挠性加速度计标度因数温度系数补偿特性确定方法也不涉及转台初始误差角。
[0006]为满足近年来高精度导航装备的发展需求，石英挠性加速度计的相关精度指标要求也越来越高，因此有必要提出一种更高精度的考虑转台本身误差角的加速度计温度补偿与标定相结合的方法。

技术实现思路

[0007]针对上述技术问题以及本领域存在的不足之处，本专利技术从工程实际应用的角度出发，考虑进转台初始误差角的同时结合了加速度计温度补偿与标定的特点，提供了一种数字加速度计的圆周温补标定方法，该方法能够同时对数字加速度计进行同步温补与标定，且温补标定参数模型充分利用了圆周内各位置温度特性。最后将智能优化算法应用于温补标定参数非线性温补模型优化，可获得较高精度加速度计温补标定模型参数。本专利技术已成功应用于数字石英挠性加速度计中，适用于符合数字石英挠性加速度计温补标定模型的各类加速度计高精度温度补偿与标定。
[0008]具体技术方案如下：
[0009]一种数字加速度计的圆周温补标定方法，通过圆周多位置温度拉练，充分利用加速度计圆周内各位置的温度特性对温补标定模型各温度补偿参数进行求解，进一步利用智能优化算法对各温度补偿参数非线性温补模型进行优化，最后获得加速度计标度因数、零偏、转台初始误差角的非线性温补模型系数，进而实现加速度计的温补与标定。
[0010]所述的数字加速度计的圆周温补标定方法具体包括步骤：
[0011]步骤一，构建加速度计加速度输出温度相关模型，并建立温补标定模型中各温度补偿参数解算模型；
[0012]步骤二，利用高精度转台与可控温箱进行加速度计圆周内多位置温度拉练；
[0013]步骤三，将温度拉练对应数据代入步骤一中解算模型，建立各温度补偿参数的非线性温补模型；
[0014]步骤四，利用智能优化算法，以测量解算数据与拟合数据的误差平方和为适应度函数，对各温补参数进行在线智能优化；
[0015]步骤五，待智能优化算法满足终止条件，适应度函数最小值对应的种群个体即为各温补参数的非线性温补模型系数，将其代入步骤三中建立的各温补参数非线性温补模型，并进一步将此模型代入步骤一建立的加速度输出温度相关模型中即可完成加速度计的温补与标定。
[0016]本专利技术温补模型充分利用了加速度计在圆周内各位置的温度特性，也考虑了温补标定时转台本身参数的误差项，可实现高精度同步温补与标定。
[0017]步骤一中，所构建的加速度输出温度相关模型包含标度因数、零偏、转台初始误差角，公式表示为：
[0018]a(θ,T)＝K(T)*(N(θ,T)
‑
b(T))＝g*sin(θ+α)
[0019]θ为标定时转台输入角度，T为温度，α为转台初始误差角，g为重力加速度；
[0020]a(θ,T)为与转台输入角度和温度相关的测量加速度；
[0021]K(T)为与温度相关的标度因数；
[0022]b(T)为与温度相关的零偏；
[0023]N(θ,T)为与转台输入角度、温度相关的加速度计测量值。
[0024]步骤一中，N(θ,T)为加速度计温补标定前实际测量值，经过零偏b(T)与标度因数K(T)补偿后即可获得实际测量加速度a(θ,T)，也可用重力加速度分量g*sin(θ+α)表述。
[0025]步骤一中，实际应用中加速度计在圆周内各位置温度特性不一致，因此考虑通过圆周测量方法，建立圆周测量温补标定模型，充分利用圆周内各位置加速度计温度特性，通常采用圆周内对称角度测量的方法进行测试，θ取0
°
、45
°
、90
°
、135
°
、180
°
、225
°
、270
°
、315
°
八个角度，即八位置测量法，则由步骤一可知温补标定模型为：
[0026][0027]进一步简化可求解各温度补偿参数对应的解算模型为：
[0028][0029]步骤二中，所述高精度转台具有高角度分辨率且支持程控，所述可控温箱支持加速度计高低温范围拉练，同时可编程设置温度拉练曲线，所述高精度转台固定于所述可控温箱内；
[0030]加速度计固定于所述高精度转台上，设置温度拉练曲线，将转台旋转至0
°
位置，进行温度拉练，同时采集加速度输出数据N(0
°
,T)，待0
°
位置温度拉练完成后，旋转转台至另一位置进行温度拉练直至八位置温度拉练全部结束即可获得各位置加速度计测量数据N(θ,T)。
[0031]优选的，步骤二中：
[0032]加速度计温度拉练范围为
‑
40℃～60℃；
[0033]温度拉练曲线设置为上电常温30℃保温半小时，然后设置升温速率为1℃/min，升温至60℃，保温半小时，再设置降温速率为
‑
1℃/min，降温至
‑
40℃，保温半小时，最后设置升温速率为1℃/min，升温至常温30℃，保温半小时。
[0034]步骤三中，将步骤二中各位置温度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字加速度计的圆周温补标定方法，其特征在于，通过圆周多位置温度拉练，充分利用加速度计圆周内各位置的温度特性对温补标定模型各温度补偿参数进行求解，进一步利用智能优化算法对各温度补偿参数非线性温补模型进行优化，最后获得加速度计标度因数、零偏、转台初始误差角的非线性温补模型系数，进而实现加速度计的温补与标定。2.根据权利要求1所述的数字加速度计的圆周温补标定方法，其特征在于，所述的数字加速度计的圆周温补标定方法具体包括步骤：步骤一，构建加速度计加速度输出温度相关模型，并建立温补标定模型中各温度补偿参数解算模型；步骤二，利用高精度转台与可控温箱进行加速度计圆周内多位置温度拉练；步骤三，将温度拉练对应数据代入步骤一中解算模型，建立各温度补偿参数的非线性温补模型；步骤四，利用智能优化算法，以测量解算数据与拟合数据的误差平方和为适应度函数，对各温补参数进行在线智能优化；步骤五，待智能优化算法满足终止条件，适应度函数最小值对应的种群个体即为各温补参数的非线性温补模型系数，将其代入步骤三中建立的各温补参数非线性温补模型，并进一步将此模型代入步骤一建立的加速度输出温度相关模型中即可完成加速度计的温补与标定。3.根据权利要求2所述的数字加速度计的圆周温补标定方法，其特征在于，步骤一中，所构建的加速度输出温度相关模型包含标度因数、零偏、转台初始误差角，公式表示为：a(θ,T)＝K(T)*(N(θ,T)
‑
b(T))＝g*sin(θ+α)θ为标定时转台输入角度，T为温度，α为转台初始误差角，g为重力加速度；a(θ,T)为与转台输入角度和温度相关的测量加速度；K(T)为与温度相关的标度因数；b(T)为与温度相关的零偏；N(θ,T)为与转台输入角度、温度相关的加速度计测量值。4.根据权利要求3所述的数字加速度计的圆周温补标定方法，其特征在于，步骤一中，通过圆周测量方法，建立圆周测量温补标定模型，充分利用圆周内各位置加速度计温度特性，采用圆周内对称角度测量的方法进行测试，θ取0
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、45
°
、90
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、135
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、180
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、225
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、270
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、315
°
八个角度，即八位置测量法，则由步骤一可知温补标定模型为：进一步简化可求解各温度补偿参数对应的解算模型为：
5.根据权利要求4所述的数字...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱智娟，孙兴林，王翼，叶凌云，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：