CN104330095A

CN104330095A - 基于分段拟合的mems陀螺温度补偿方法

Info

Publication number: CN104330095A
Application number: CN201410578542.7A
Authority: CN
Inventors: 董冀
Original assignee: China North Industries Group Corp No 214 Research Institute Suzhou R&D Center
Current assignee: China North Industries Group Corp No 214 Research Institute Suzhou R&D Center
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2014-10-24
Publication date: 2015-02-04

Abstract

本发明涉及一种基于分段拟合的MEMS陀螺温度补偿方法，首先，将MEMS陀螺的全温范围划分为若干段温度段；然后，在每个温度段中分别对零偏和标度因数进行拟合分别得到该温度段内的零偏和标度因数的关系式，从而获得全温范围内MEMS陀螺的零偏和标度因数的关系式；最后，计算MEMS陀螺在任意一温度点下的零偏和标度因数，再根据MEMS陀螺在该温度点下的补偿前的输出以及该温度点下的零偏和标度因数计算获得MEMS陀螺在该温度点下的补偿后的输出。本发明对MEMS陀螺全温范围内的温度进行分段拟合补偿，可以不用考虑零偏和标度因数的温度变化曲线不规则以及难以实现建模和多项式拟合的问题，解决了基于建模和多项式拟合的全温零偏和标度因数补偿方法存在的局限性问题。

Description

基于分段拟合的MEMS陀螺温度补偿方法

技术领域

本发明涉及一种MEMS陀螺的零偏和标度因数温度补偿方法。

背景技术

MEMS陀螺的零偏和标度因数是随温度变化的，对MEMS陀螺进行全温下的补偿可以提高MEMS陀螺在全温下的测量精度。

目前，对MEMS陀螺进行温度补偿的方法主要有：对温度点进行性查表、多项式系数拟合、神经网络等方法。由于这些温度补偿方法需要建立MEMS陀螺输出和温度之间的模型，但是MEMS陀螺的零偏和标度因数在全温范围内的变化曲线有时候是很不规则的，难以通过单一模型表达，故而无法通过以上方法来实现全温下的温度补偿。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现在全温度范围内对MEMS陀螺的零偏和标度因数进行温度补偿的方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于分段拟合的MEMS陀螺温度补偿方法，用于对MEMS陀螺的零偏和标度因数进行温度补偿，该方法为：首先，将所述的MEMS陀螺的全温范围划分为若干段温度段，每个温度段的两端点的温度分别为T_i和T_j；然后，在每个温度段中分别对零偏和标度因数进行拟合分别得到该温度段内的零偏和标度因数的关系式，从而获得全温范围内所述的MEMS陀螺的零偏和标度因数的关系式；最后，根据所获得全温范围内所述的MEMS陀螺的零偏和标度因数的关系式计算所述的MEMS陀螺在任意一温度点T下的零偏Bias_T和标度因数SF_T，再根据所述的MEMS陀螺在该温度点T下的补偿前的输出GyroOut_T以及该温度点T下的零偏Bias_T和标度因数SF_T计算获得所述的MEMS陀螺在该温度点T下的补偿后的输出Rate_T。

所述的MEMS陀螺的全温范围均分为若干个所述的温度段。

每个所述的温度段内的温度差为10℃。

在每个所述的温度段内，其两端点温度T_i和T_j下的零偏分别为和标度因数分别为和则

该温度段内的零偏

{Bias}_{T_{i} ~ T_{j}} = K_{B (T_{i} ~ T_{j})} \times T_{i ~ j} + C_{B (T_{i} ~ T_{j})};

该温度段内的标度因数

{SF}_{T_{i} ~ T_{j}} = K_{S (T_{i} ~ T_{j})} \times T_{i ~ j} + C_{S (T_{i} ~ T_{j})};

其中，T_i～j为该温度段内的任意温度；

零偏的线性拟合斜率

K_{B (T_{i} ~ T_{j})} = \frac{{Bias}_{T_{i}} - {Bias}_{T_{j}}}{(T_{i}) - (T_{j})};

零偏的线性拟合截距或

C_{B (T_{i} ~ T_{j})} = {Bias}_{T_{j}} - K_{B (T_{i} ~ T_{j})} × (T_{j});

标度因数的线性拟合斜率

标度因数的线性拟合截距或

C_{S (T_{i} ~ T_{j})} = {SF}_{T_{j}} - K_{S (T_{i} ~ T_{j})} × (T_{j}) .

所述的MEMS陀螺的补偿后的输出

所述的MEMS陀螺的输出量为角速率。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明对MEMS陀螺全温范围内的温度进行分段拟合补偿，可以不用考虑零偏和标度因数的温度变化曲线不规则以及难以实现建模和多项式拟合的问题，解决了基于建模和多项式拟合的全温零偏和标度因数补偿方法存在的局限性问题。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：一种基于分段拟合的MEMS陀螺温度补偿方法，其用于对MEMS陀螺的零偏和标度因数进行温度补偿。该方法为：

(1)将MEMS陀螺的全温范围平均划分为若干段温度段，每个温度段的两端点的温度分别为T_i和T_j。例如，MEMS陀螺的测试的全温范围设定为-40℃至+90℃，在该全温范围内，以10℃为温差标准进行分段，故而可以划分的温度段分别为：-40℃至-30℃、-30℃至-20℃、-20℃至-10℃、-10℃至0℃、0℃至10℃、10℃至20℃、20℃至30℃、30℃至40℃、40℃至50℃、50℃至60℃、60℃至70℃、70℃至80℃、80℃至90℃。各个温度段的端点温度作为实验温度，分别为：-40℃，-30℃，-20℃，-10℃，0℃，10℃，20℃，30℃，40℃，50℃，60℃，70℃，80℃，90℃。上述每个端点按照MEMS陀螺标度因数测试方法进行实验，计算出每个端点温度下的标度因数和零偏。

(2)在每个温度段中分别对零偏和标度因数进行拟合分别得到该温度段内的零偏和标度因数的关系式，从而获得全温范围内MEMS陀螺的零偏和标度因数的关系式。

在每个温度段内，设其两端点温度T_i和T_j下的零偏分别为和而标度因数分别为和则

该温度段内的零偏

{Bias}_{T_{i} ~ T_{j}} = K_{B (T_{i} ~ T_{j})} \times T_{i ~ j} + C_{B (T_{i} ~ T_{j})};

该温度段内的标度因数

{SF}_{T_{i} ~ T_{j}} = K_{S (T_{i} ~ T_{j})} \times T_{i ~ j} + C_{S (T_{i} ~ T_{j})};

其中，T_i～j为该温度段内的任意温度；

零偏的线性拟合斜率

K_{B (T_{i} ~ T_{j})} = \frac{{Bias}_{T_{i}} - {Bias}_{T_{j}}}{(T_{i}) - (T_{j})};

零偏的线性拟合截距或

C_{B (T_{i} ~ T_{j})} = {Bias}_{T_{j}} - K_{B (T_{i} ~ T_{j})} × (T_{j});

标度因数的线性拟合斜率

标度因数的线性拟合截距或

C_{S (T_{i} ~ T_{j})} = {SF}_{T_{j}} - K_{S (T_{i} ~ T_{j})} × (T_{j}) .

不妨以-40℃至-30℃的温度段为例，首先获得端点的-40℃和-30℃的零偏Bias_-40和Bias_-30，再计算出-40℃至-30℃的温度段的零偏Bias_-40～-30和标度因数SF_-40～-30的变化关系式：

Bias_-40～-30＝K_B×T+C_B；

SF_-40～-30＝K_S×T+C_S。

上式中，T为-40℃至-30℃的温度段内的温度，K_B为-40℃至-30℃的温度段内的零偏线性拟合斜率，C_B为-40℃至-30℃的温度段内的零偏线性拟合截距，K_S为-40℃至-30℃的温度段内的标度因数线性拟合斜率，C_S为-40℃至-30℃的温度段内的标度因数线性拟合截距。则

C_B＝Bias_-30-K_B×(-30℃)或C_B＝Bias_-40-K_B×(-40℃)；

C_S＝SF_-30-K_S×(-30℃)或C_S＝SF_-40-K_S×(-40℃)。

得到每个温度段内的零偏和标度因数的关系式并组合即可获得全温范围内MEMS陀螺的零偏和标度因数的关系式。

(3)根据所获得全温范围内MEMS陀螺的零偏和标度因数的关系式计算MEMS陀螺在任意一温度点T下的零偏Bias_T＝K_B×T+C_B和标度因数SF_T＝K_S×T+C_S，其中K_B为该温度点T所在的温度段内的零偏线性拟合斜率，C_B为该温度点T所在的温度段内的零偏线性拟合截距，K_S为该温度点T所在的温度段内的标度因数线性拟合斜率，C_S为该温度点T所在的温度段内的标度因数线性拟合截距；再根据MEMS陀螺在该温度点T下的补偿前的角速率输出GyroOut_T以及该温度点T下的零偏Bias_T和标度因数SF_T计算获得MEMS陀螺在该温度点T下的补偿后的角速率输出Rate_T。

MEMS陀螺的补偿后的输出

{Rate}_{T} = \frac{{GyroOut}_{T} - {Bias}_{T}}{{SF}_{T}} = \frac{{GyroOut}_{T} - (K_{B} \times T + C_{B})}{K_{S} \times T + C_{S}} .

本发明的原理是通过对温度点进行均匀分段，并用线性关系拟合每段温度段中零偏和标度因数的变化关系，实现MEMS陀螺的全温补偿。采用上述温度补偿方法，可以实现MEMS陀螺的全温温度补偿。若减小全温范围内的温差标准，使得温度分段更细致，可以进一步提高全温温度补偿的精度。本发明的方法可以推广到MEMS加速度计的全温温度补偿。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于分段拟合的MEMS陀螺温度补偿方法，用于对MEMS陀螺的零偏和标度因数进行温度补偿，其特征在于：该方法为：首先，将所述的MEMS陀螺的全温范围划分为若干段温度段，每个温度段的两端点的温度分别为T_i和T_j；然后，在每个温度段中分别对零偏和标度因数进行拟合分别得到该温度段内的零偏和标度因数的关系式，从而获得全温范围内所述的MEMS陀螺的零偏和标度因数的关系式；最后，根据所获得全温范围内所述的MEMS陀螺的零偏和标度因数的关系式计算所述的MEMS陀螺在任意一温度点T下的零偏Bias_T和标度因数SF_T，再根据所述的MEMS陀螺在该温度点T下的补偿前的输出GyroOut_T以及该温度点T下的零偏Bias_T和标度因数SF_T计算获得所述的MEMS陀螺在该温度点T下的补偿后的输出Rate_T。

2.根据权利要求1所述的基于分段拟合的MEMS陀螺温度补偿方法，其特征在于：所述的MEMS陀螺的全温范围均分为若干个所述的温度段。

3.根据权利要求2所述的基于分段拟合的MEMS陀螺温度补偿方法，其特征在于：每个所述的温度段内的温度差为10℃。

4.根据权利要求1所述的基于分段拟合的MEMS陀螺温度补偿方法，其特征在于：在每个所述的温度段内，其两端点温度T_i和T_j下的零偏分别为和标度因数分别为和则

该温度段内的零偏

{Bias}_{T_{i} ~ T_{j}} = K_{B (T_{i} ~ T_{j})} \times T_{i ~ j} + C_{B (T_{i} ~ T_{j})};

该温度段内的标度因数

{SF}_{T_{i} ~ T_{j}} = K_{S (T_{i} ~ T_{j})} \times T_{i ~ j} + C_{S (T_{i} ~ T_{j})};

其中，T_i～j为该温度段内的任意温度；

零偏的线性拟合斜率

K_{B (T_{i} ~ T_{j})} = \frac{{Bias}_{T_{i}} - {Bias}_{T_{j}}}{(T_{i}) - (T_{j})};

零偏的线性拟合截距或

C_{B (T_{i} ~ T_{j})} = {Bias}_{T_{j}} - K_{B (T_{i} ~ T_{j})} \times (T_{j});

标度因数的线性拟合斜率

标度因数的线性拟合截距或

C_{S (T_{i} ~ T_{j})} = {SF}_{T_{j}} - K_{S (T_{i} ~ T_{j})} \times (T_{j}) .

5.根据权利要求1或4所述的基于分段拟合的MEMS陀螺温度补偿方法，其特征在于：所述的MEMS陀螺的补偿后的输出

6.根据权利要求1所述的基于分段拟合的MEMS陀螺温度补偿方法，其特征在于：所述的MEMS陀螺的输出量为角速率。