CN108507568A - 补偿温度漂移误差的方法、装置和组合导航系统 - Google Patents

补偿温度漂移误差的方法、装置和组合导航系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种补偿温度漂移误差的方法、装置和一种组合导航系统，该方法包括：获取微机电系统惯性测量单元MEMS IMU的样本工作温度；获取与该样本工作温度对应的MEMS IMU的测量结果的误差参数值；基于多个该样本工作温度和多个该误差参数值进行拟合以获得误差参数‑温度关系曲线；根据该曲线对该MEMS IMU的温度漂移误差进行补偿。本发明实施例提供的补偿温度漂移误差的方法，利用大量实际导航过程中产生的MEMS IMU样本数据进行拟合获得的误差参数‑温度关系曲线对MEMS IMU的温度漂移误差进行在线补偿。基于实时导航信息对该曲线进行更新，提高导航精度，降低成本，便于实现。

Description

补偿温度漂移误差的方法、装置和组合导航系统
技术领域
本发明实施例涉及导航领域，并且更具体地，涉及组合导航领域中补偿温度漂移误差的方法、装置和组合导航系统。
背景技术
GNSS/INS组合导航系统融合全球卫星导航系统(global navigation satellitesystem，GNSS)与惯性导航系统(inertial navigation system，INS)的优点，具有精确导航能力及全天候工作能力，在高精度军事领域和民用领域得到广泛应用。对于INS中一些高精度的惯性测量单元(inertial measurement unit，IMU)，在其传感器的工作温度变化不大的情况下，可以在不考虑温度因素的情况下通过在线标定的方式对误差进行补偿。但是在GNSS/INS组合导航系统中，由于INS中的微机电系统惯性测量单元(micro electromechanical system inertial measurement unit,MEMS IMU)的工作温度变化较大，因此普遍存在MEMS IMU传感器参数(如零偏、比例因子)随温度变化比较显著的现象，这种现象称为“温度漂移现象”。由温度漂移现象引起的误差称为“温度漂移误差”，温度漂移误差会造成导航精度的下降，同时在高温或低温下启动组合导航系统时，由于MEMS IMU初始误差很大而造成初始阶段导航精度较差，如显著的航向偏移等。传统的解决温度漂移误差的方法主要是针对每只MEMS IMU在出厂时进行实验室全温标定，但是此方法成本较高、效率较低，而且即使经过全温标定，MEMS IMU的温度漂移特性也会随着使用时间而逐渐变化，MEMSIMU的温度漂移误差还是会存在，影响导航系统的导航精度。
发明内容
本发明实施例提供了一种补偿温度漂移误差的方法、装置和组合导航系统，能够提高MEMS IMU在组合导航系统中的导航精度，降低成本，并且便于实现。
第一方面，提供了一种补偿温度漂移误差的方法，该方法包括：获取微机电系统惯性测量单元MEMS IMU的样本工作温度；获取与该样本工作温度对应的该MEMS IMU的测量结果的误差参数值；基于多个该样本工作温度和多个该误差参数值进行拟合以获得误差参数-温度关系曲线；根据该误差参数-温度关系曲线对该MEMS IMU的该温度漂移误差进行补偿。
第一方面提供的补偿温度漂移误差的方法，利用实际导航过程中在线产生的MEMSIMU样本的数据，即利用大量的MEMS IMU的样本工作温度和与该样本工作温度对应的大量的该MEMS IMU的测量结果的误差参数值，替代了传统实验室标定的数据来源，通过进行拟合以获得误差参数-温度关系曲线，通过该误差参数-温度关系曲线对该MEMS IMU的在后续使用过程中的温度漂移误差进行在线补偿，从而克服了传统的实验室标定的温度误差模型存在的标定参数由于使用时间延长而逐渐老化的问题，提高了导航的精度，降低了成本，便于实现。
在第一方面的一种可能的实现方式中，获取与该样本工作温度对应的该MEMS IMU的测量结果的误差参数值，包括：获取与该样本工作温度对应的惯性导航系统INS数据，该INS数据包括载体的角速度和该载体的加速度，该MEMS IMU位于该INS当中，该INS安装于该载体中；基于该INS数据通过卡尔曼滤波算法获取与该样本工作温度对应的该误差参数值。
在第一方面的一种可能的实现方式中，该根据该误差参数-温度关系曲线对该MEMS IMU的该温度漂移误差进行补偿，包括：根据该误差参数-温度关系曲线获取该MEMSIMU在第一工作温度下的第一误差参数值；根据该第一误差参数值对该MEMS IMU在该第一工作温度下的该温度漂移误差进行补偿。
在第一方面的一种可能的实现方式中，该方法还包括：获取除该多个该样本工作温度以外的第一样本工作温度；通过卡尔曼滤波算法获取与该第一样本工作温度对应的第二误差参数值；根据该误差参数-温度关系曲线获取与该第一样本工作温度对应的该第三误差参数值；基于该第二误差参数值和该第三误差参数值对该误差参数-温度关系曲线进行更新。在该实现方式中，通过基于实时导航信息对该误差参数-温度关系曲线进行更新，利用更新后的误差参数-温度关系曲线对MEMS IMU的在后续实际使用中的温度漂移误差进行在线补偿，可以提高MEMS IMU补偿精度，从而提高基于MEMS IMU的组合导航系统的导航精度。
在第一方面的一种可能的实现方式中，该MEMS IMU的误差参数值包括零偏误差值和/或比例因子误差值。
第二方面，提供了一种补偿温度漂移误差的装置，用于执行上述第一方面及各种实现方式中的一种补偿温度漂移误差的方法，该装置包括：获取模块，用于获取微机电系统惯性测量单元MEMS IMU的样本工作温度；该获取模块还用于获取与该样本工作温度对应的该MEMS IMU的测量结果的误差参数值；拟合模块，用于基于该获取模块获取的多个该样本工作温度和多个该误差参数值进行拟合以获得误差参数-温度关系曲线；补偿模块，用于根据该拟合模块获得的该误差参数-温度关系曲线对该MEMS IMU的该温度漂移误差进行补偿。
第三方面，提供了一种补偿温度漂移误差的装置，该装置包括处理器和存储器，用于支持该装置执行上述方法中相应的功能。该存储器存储程序，该处理器用于调用所述程序实现上述第一方面及其各种实现方式中的补偿温度漂移误差的方法。
第四方面，提供了一种组合导航系统，该组合导航系统包括微机电系统惯性测量单元MEMS IMU和上述第二方面及其各种实现方式中的补偿温度漂移误差的装置。
第四方面提供的组合导航系统，在导航过程中可以利用补偿温度漂移误差的装置对MEMS IMU的温度漂移误差进行实时补偿，提高了该组合导航系统的导航的精度，降低了成本，便于实现。
第五方面，提供了一种计算机可读介质，用于存储计算机程序，该计算机程序包括用于执行上述第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式中的方法的指令。
附图说明
图1是MEMS IMU的零偏误差参数和比例因子误差参数值随温度的变化关系图。
图2是传统的MEMS IMU出厂时温度标定的示意性流程图。
图3是本发明一个实施例的补偿温度漂移误差的方法的示意性流程图。
图4是本发明一个实施例的建立误差参数-温度关系曲线的示意性流程图。
图5是本发明一个实施例的更新误差参数-温度关系曲线的示意性流程图。
图6是本发明一个实施例补偿温度漂移误差的装置的示意性框图。
图7是本发明另一个实施例补偿温度漂移误差的装置的示意性框图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。
组合导航系统利用两种或两种以上的导航设备提供多重导航信息，采用相应数据融合算法综合处理以获得最优导航信息。较其他导航技术而言，GNSS可以提供高精度导航输出，但是导航信号不连续且易受外界干扰；而INS可以独立自主地进行导航且数据更新频率较高，但存在固有导航误差随时间积累的问题。因此，利用两者的互补性，可以获得性能较高的GNSS/INS组合导航系统。
对于GNSS/INS组合导航系统，INS中的MEMS IMU普遍存在着传感器参数(例如，加速度计和陀螺仪的零偏误差参数、比例因子误差参数)随温度变化比较显著的问题。图1是MEMS IMU的零偏误差参数和比例因子误差参数值随温度的变化关系图，如图1所示，当温度变化范围为-20℃到80℃时，其加速度计的比例因子误差变化接近300ppm，零偏误差变化接近4000ug；其陀螺仪的比例因子误差变化接近8000ppm，零偏误差变化接近2000deg/h。可以看出，即使在实际应用中较为普遍的温度范围(20℃-40℃)，MEMS IMU误差参数的变化也是非常明显的。
例如，MEMS IMU中的加速度计引起的导航误差可以由公式(1)进行简单计算：
在公式(1)中，δpa(t)为加速度计误差引起的导航误差，ba为加速度计的零偏误差，Ka为加速度计的比例因子误差，f为加速度值，t为时间，结合图1所示的加速度计的温度漂移变化水平，可以计算出加速度计的引起的导航误差为70米。
MEMS IMU中陀螺仪引起的导航误差可以由公式(2)和(3)进行简单计算：
δθ(t)＝∫bgdt＝bgt (2)
其中，公式(2)中的δθ(t)为陀螺仪误差引起的姿态误差，bg为陀螺仪的零偏误差，公式(3)中δpg(t)为陀螺仪误差引起的导航误差，δv为速度误差值，f为加速度值，t为时间。结合图1所示的陀螺仪的温度漂移变化水平，可以计算出陀螺仪的引起的导航误差为3000米。
传统的解决温度漂移误差的方法主要是针对每只MEMS IMU在出厂时进行实验室全套温度标定，例如，包括浸泡实验、梯度实验、对称升降温的梯度实验等，图2是传统的MEMS IMU在出厂时温度标定的示意性流程图，如图2所示，该流程主要包括五个步骤，主要是根据确定的温度变化策略，使MEMS IMU在这个确定的温度变化过程中执行需要的一系列动作，利用得到的数据计算该MEMS IMU的传感器值的误差，从而建立起全温范围内的温度误差模型，利用该模型对该MEMS IMU在后续实际的使用过程中产生的温度漂移误差进行补偿，从而减小对导航精确度的影响。
但是此方法成本较高、效率较低，而且即使经过全温标定，MEMS IMU的温度漂移特性也会随着使用时间而逐渐变化(老化现象)，出厂时的标定参数会逐渐失效，需要定期重新进行全温标定，这对于低成本的MEMS IMU是不现实的。
基于利用传统的实验室标定的温度误差模型在实际导航中进行误差补偿时存在的精确度较低的情况，本发明实施例提供了一种补偿温度漂移误差的方法，图3示出了本发明实施例的补偿温度漂移误差的方法100的示意性流程图，该方法100可以应用在导航系统中存在如图1所示的MEMS IMU的误差参数值随温度的变化的场景中，应理解，本发明实施例也可以应用中其他存在IMU的误差参数值随温度的变化的场景中，本发明实施例在此不作限制。
如图3所示，该方法100包括：
S110，获取微机电系统惯性测量单元MEMS IMU的样本工作温度；
S120，获取与该样本工作温度对应的该MEMS IMU的测量结果的误差参数值；
S130，基于多个该样本工作温度和多个该误差参数值进行拟合以获得误差参数-温度关系曲线；
S140，根据该误差参数-温度关系曲线对该MEMS IMU的该温度漂移误差进行补偿。
因此，本发明实施例的补偿温度漂移误差的方法，利用实际导航过程中在线产生的MEMS IMU样本的数据，即利用大量MEMS IMU的样本工作温度和与该样本工作温度对应的大量该MEMS IMU的测量结果的误差参数值，替代了传统实验室标定的数据来源，通过进行拟合以获得误差参数-温度关系曲线，通过该误差参数-温度关系曲线对该MEMS IMU的在后续使用过程中的温度漂移误差进行在线补偿，从而克服了传统的实验室标定的温度误差模型存在的标定参数由于使用时间延长而逐渐老化的问题，提高了导航的精度，降低了成本，便于实现。
具体而言，在S110中，获取MEMS IMU的样本工作温度，该样本工作温度可以由该MEMS IMU内部的温度传感器测量得到，也可以由其他方式得到，该样本工作温度为该MEMSIMU之前在实际使用过程实际测量出的工作温度值，应理解，工作温度可以有多种不同的表现形式，如摄氏温度、华氏温度以及开氏温度等，本发明实施例在此不作限制。
在S120中，获取与该样本工作温度对应的该MEMS IMU的测量结果的误差参数值，具体而言，在传统的应用中，导航系统的误差参数值可以通过卡尔曼(Kalman)滤波算法融合得到。卡尔曼滤波算法是一种最优化自回归数据处理算法，能够从一系列不完全包含噪声的测量中估计动态系统状态。就实现形式而言，卡尔曼滤波算法实质上是一种递推算法，每个递推周期中包含对被估计量的时间更新和量测更新两个过程。时间更新由上一步量测更新结果和设计卡尔曼滤波器时的先验信息确定，量测更新则在时间更新的基础上根据实时获得的量测值确定。卡尔曼滤波算法基于线性最优估值理论，在导航系统中利用卡尔曼滤波算法在线估计导航系统的误差参数值，能够使系统进行长时间高精度导航。对于GNSS/INS组合导航系统，在GNSS被干扰后INS还能在一段时间内较好地维持精度。目前产品级的GNSS/INS组合导航系统基本都采用基于卡尔曼滤波算法的组合模式。
在本发明的实施例中，对于GNSS/INS组合导航系统中，MEMS IMU的误差参数值可以利用组合导航算法通过计算在线获取，具体的，可以将该误差参数作为增广状态量的卡尔曼滤波算法中进行在线估计，即根据MEMS IMU测量的与该样本温度对应的加速度和角速度，以及GNSS测量的与该样本温度对应的位置和速度等信息，利用卡尔曼滤波算法得到与该测量结果对应的误差参数值。例如，根据MEMS IMU测量的与该样本温度对应的角速度和加速度的结果，以及GNSS测量的位置和速度，将MEMS IMU的零偏误差参数和/或比例因子误差参数作为增广状态量加入卡尔曼滤波器进行在线估计，相应的卡尔曼滤波器的误差状态量增广为δx(t)＝[δr δv ψ bg ba sg sa]T。其中，δr是加速度误差值，δv为速度误差值，ψ是陀螺仪的姿态误差，bg为陀螺仪的零偏误差，ba为加速度计的零偏误差，sg是陀螺仪的比例因子，sa是加速度计的比例因子，通过卡尔曼滤波算法获取与该样本工作温度对应的MEMSIMU的误差参数值。
应理解，MEMS IMU的误差参数值还可以利用其他组合导航方式或方法得到，本发明实施例在此不作限制。
还应理解，在本发明的实施例中，还可以将其他误差参数作为增广状态量加入卡尔曼滤波器进行在线估计，本发明实施例在此不作限制。
还应理解，该样本数据包括基于该MEMS IMU在实际使用过程中积累出来的很多种数据，该样本工作温度可以只是该样本数据中的一种数据，在本发明的实施例中，还可以获取其他与MEMS IMU温度漂移误差相关的数据，本发明实施例在此不作限制。
在S130中，基于多个该样本工作温度和多个该误差参数值进行拟合以获得误差参数-温度关系曲线。具体而言，通过获取大量该样本工作温度和与该样本工作温度对应大量的该MEMS IMU的误差参数值，通过相关计算，拟合出一套MEMS IMU误差参数值与温度之间的关系曲线，由于用于拟合该关系曲线的原始数据全部是MEMS IMU在实际工作的数据，因此，该关系曲线具有误差度小、精度高的优点。
在本发明的实施例中，对于GNSS/INS组合导航系统中，该误差参数可以是零偏误差或者比例因子误差，应理解，该误差参数还可以是其他误差参数。零偏误差可以包括MEMSIMU中加速度计的零偏误差和陀螺仪的零偏误差，比例因子误差可以包括MEMS IMU中加速度计的比例因子误差和陀螺仪的比例因子误差；因此，与此相对应的，该误差参数-温度关系曲线可以包括加速度计的零偏-温度关系曲线、加速度计的比例因子-温度关系曲线、陀螺仪的零偏-温度关系曲线和陀螺仪的零偏-温度关系曲线。本发明实施例在此不做限制。
在本发明的实施例中，对于GNSS/INS组合导航系统，可以通过多种形式对获得的数据点进行曲线拟合，例如，可以通过多项式拟合等方法进行拟合，本发明实施例在此不作限定。
可选的，作为一个实施例，在使用多项式对数据进行拟合时，例如，对于存在四组样本数据值，可以使用三阶多项式进行拟合，如公式(4)所示，假设误差参数W与温度T之间的函数关系式为：
W(T)＝A0+A1×T+A2×T2+A3×T3 (4)
下面以零偏误差值为例进行说明。例如，在样本工作温度T1下获得的零偏误差值为W1，在样本工作温度T2下获得的零偏误差值为W2，在样本工作温度T3下获得的零偏误差值为W3，在样本工作温度T4下获得的零偏误差值为W4，由此可以获得4个坐标点(T1,W1)、(T2,W2)、(T3,W3)和(T4,W4)，根据获得的4个坐标点进行曲线拟合，即将上述4个坐标点代入如下方程组(5)中，解方程组(5)获得A0、A1、A2和A3。
将获得的A0、A1、A2和A3分别代入公式(4)中，即可获得基于这四组样本数据拟合到的该零偏误差参数-温度关系曲线的表达式。
应理解，对于存在大量的样本数据，可以通过最优的估计方式来确定最终的该误差参数-温度关系曲线。例如，可以通过最小二乘法来进行拟合，得出基于大量的样本数据的拟合曲线，本发明实施在此不作限定。
还应理解，除了上述描述的三阶多项式形式，还可以使用三阶以外的多项式进行拟合，比如二阶、四阶或五阶等多项式进行拟合，本发明实施在此不作限定。
类似地，本发明实施例中也可以通过上述步骤获得比例因子误差-温度关系曲线，为了简洁，在此不作赘述。
还应理解，MEMS IMU中的温度传感器除了可以获取其样本工作温度以外，还可以获取其样本工作温度的温度变化率，在本发明的实施例中，还可以通过类似的方法将温度变化率和误差参数进行拟合亦可获取误差参数-温度变化率曲线。本发明实施例在此不做限制，
还应理解，为保证误差参数值的准确性，提高该误差参数-温度关系曲线的精度，对于GNSS和INS组合导航系统，样本数据的获取应当在组合导航效果较好的时段和地段进行，比如，可以在开阔天空区域且载体的动态丰富的情况下进行测量。
图4是本发明一个实施例的建立该误差参数-温度关系曲线的示意性流程图，如图4所示，利用该MEMS IMU中的温度传感器获取样本温度信息，利用该MEMS IMU传感器测量的与该样本工作温度对应的加速度和角速度，根据该角速度和加速度，利用组合导航算法在线估计与该样本温度对应的误差参数值，基于多组该样本温度信息和该误差参数值进行拟合，以获得该误差参数-温度关系曲线，用于后续导航中对该MEMS IMU的温度漂移误差进行补偿。
在S140中，根据该误差参数-温度关系曲线对该MEMS IMU的该温度漂移误差进行补偿。具体而言，通过前期的数据拟合，获取了一套根据在线数据得出的该误差参数-温度关系曲线，在基于MEMS IMU误差的在线估计信息所建立的MEMS IMU温度漂移误差模型中，MEMS IMU传感器误差参数被当作温度的函数，建立起全局连续的误差温度模型后，利用该误差参数-温度关系曲线对该MEMS IMU在后续实际使用过程中的温漂误差进行在线补偿，可以提高误差补偿的精度，也可以分析MEMS IMU传感器的温度误差特性。
可选的，作为一个实施例，在S120中，获取与该样本工作温度对应的该MEMS IMU的测量结果的误差参数值，包括：
获取与该样本工作温度对应的惯性导航系统INS数据，该INS数据包括载体的角速度和该载体的加速度，该MEMS IMU位于该INS当中，该INS安装于该载体中；
基于该INS数据通过卡尔曼滤波算法获取与该样本工作温度对应的该误差参数值。
具体而言，对于GNSS/INS组合导航系统，该GNSS数据包括GNSS测量的载体的位置和速度，该GNSS安装于该载体中，其中，载体的位置可以包括载体的经度、纬度和高度等信息，载体可以是飞行器、舰船或陆上交通工具中的任何一种形式，本发明实施例在此不作限定。在该载体上配置有GNSS/INS组合导航系统，在INS中包MEMS IMU，INS中的MEMS IMU用于测量载体的加速度和角速度，即INS数据，其中，MEMS IMU中的加速度计用于测量载体的加速度，陀螺仪用于测量载体的角速度。然后通过组合导航系统中的卡尔曼滤波算法将与该样本温度对应的INS数据和GNSS数据，例如，可以是载体的加速度和角速度，进行融合计算，获得MEMS IMU的误差参数值，其中，该误差参数值可以是零偏误差参数值，也可以是比例因子误差参数值。
应理解，该误差参数值还可以包括其他的误差参数值，本发明实施例在此不作限制。
可选的，作为一个实施例，在S140中，根据该误差参数-温度关系曲线对该MEMSIMU的温度漂移误差进行补偿，可以包括：
根据该误差参数-温度关系曲线获取该MEMS IMU在第一工作温度下的第一误差参数值；
根据该第一误差参数值对该MEMS IMU在该第一工作温度下的该温度漂移误差进行补偿。
具体而言，由于已经获得了该误差参数-温度关系曲线，因此，在实际的应用中，可以根据该曲线表示的误差参数与温度的对应关系对该MEMS IMU的温度漂移误差进行在线补偿。以GNSS/INS组合导航系统为例进行说明，假设现在MEMS IMU的第一工作温度为T5，根据该加速度计的比例因子误差参数-温度关系曲线，计算得到该T5温度下的加速度计的比例因子误差参数值为W5，根据该W5的值，便可以对该MEMS IMU在该T5温度下的加速度计的比例因子误差进行在线补偿，从而可以提高导航的精度。
应理解，在本发明的实施例中，还可以通过其他误差参数-温度关系曲线获取在某一实际工作温度下该参数的误差参数值，例如，可以通过陀螺仪的比例因子误差参数-温度关系曲线获取在T5温度下的陀螺仪的比例因子误差值，并对该陀螺仪的比例因子误差值进行在线补偿，本发明实施例在此不作限制。
可选的，作为一个实施例，该方法100还包括：
获取除该多个该样本工作温度以外的第一样本工作温度；
通过该卡尔曼滤波算法获取与该第一样本工作温度对应的第二误差参数值；
根据该误差参数-温度关系曲线获取与该第一样本工作温度对应的该第三误差参数值；
基于该第二误差参数值和该第三误差参数值对该误差参数-温度关系曲线进行更新。
由于在实际的导航过程中，随着MEMS IMU使用时间延长，MEMS IMU传感器的参数也会随着温度的变化而变化，因此，即使利用在线数据拟合出的误差参数-温度关系曲线对MEMS IMU的温度漂移误差进行在线补偿，也会存在精度下降的问题，因此，需要及时对该误差参数-温度关系曲线进行更新，即基于实时导航信息对该误差参数-温度关系曲线进行更新，保证经积累所建立的该误差参数-温度关系曲线可以在后续的使用过程中更加准确，提高导航的精确度。
具体而言，由于当前已经拟合出该误差参数-温度关系曲线，而用于拟合该曲线的数据为MEMS IMU实际使用过程中的样本数据，因此，用于更新该样本数据的数据应该是MEMS IMU最新使用的数据，即和前期用于拟合曲线的数据是不同的，因此，需要获取除该多个该样本工作温度以外的第一样本工作温度，根据与该第一样本工作温度对应的INS数据和GNSS数据的测量结果，利用该测量结果，通过卡尔曼滤波算法获取与该第一样本工作温度对应的第二误差参数值，然后再根据该误差参数-温度关系曲线获取与该第一样本工作温度对应的该第三误差参数值，基于该第二误差参数值和该第三误差参数值对该误差参数-温度关系曲线进行更新，以获得更新后的误差参数-温度关系曲线。
可选的，可以将该第二误差参数值和该第三误差参数值进行加权平均，产生基于实时信息更新后的新的误差参数-温度关系曲线，例如，可以通过采用带有权重的序贯最小二乘法对误差参数-温度曲线进行实时更新，即根据实时估计的MEMS IMU误差的理论误差水平(即根据卡尔曼滤波算法算出的误差参数值)与根据已建立的误差参数-温度曲线中对应温度点计算出的MEMS IMU的误差值进行加权平均，产生基于实时信息更新后的MEMS IMU误差参数-温度关系曲线，带有权重的序贯最小二乘方法计算公式(6)如下：
式中，Ak+1为更新后MEMS IMU误差参数-温度关系曲线的系数矩阵；Ak为更新前MEMS IMU误差参数-温度曲线系数矩阵；PK为估计参数对应标准差，可以由卡尔曼滤波算法得到；Zn为通过卡尔曼滤波算法实时融合的MEMS IMU误差，Q为观测量方差，可由卡尔曼滤波器输出的估计标准差计算获得；G为设计矩阵；GT为G的转置矩阵。通过这种方法，便可以得到更新后的误差参数-温度关系曲线，从而可以利用新的误差参数-温度关系曲线对后续的MEMS IMU使用过程中的温度漂移误差进行补偿。
应理解，上述的公式(6)也可以用来对基于大量的样本数据进行曲线拟合，得出基于大量的样本数据的误差参数-温度关系曲线，即通过最优估计方式获取精确度最高的误差参数-温度关系曲线，本发明实施例在此不作限制。
图5为本发明一个实施例的更新该误差参数-温度关系曲线的示意性流程图，由图5可以看出，可以根据卡尔曼滤波算法在线获取一个误差参数值，然后再根据该误差参数-温度关系曲线获取相同温度下另一个的误差参数值，通过这两个误差值的融合计算，来实现对该误差参数-温度关系曲线的更新，得到实时更新后的误差参数-温度关系曲线。
应理解，除了采用带有权重的序贯最小二乘法对该误差参数-温度关系曲线进行更新之外，本发明实施例可以采用其他方法对该误差参数-温度关系曲线进行更新，本发明实施例在此不作限制。
还应理解，该第二误差参数值和该第三误差参数值仅是为了表明通过不同方法获取的参数误差值，而不应对本发明的实施例造成任何限制。
还应理解，在后续的使用中，可以随时对该误差参数-温度关系曲线进行更新，也可以进行多次更新，本发明实施例在此不作限制。
还应理解，在本发明的实施例中，上述各过程和各步骤序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应该以其功能和内在的逻辑而定，而不应对本发明的实施例的实施过程造成任何限制。
本发明实施例的补偿温度漂移误差的方法，通过对已经建立该误差参数-温度关系曲线进行基于实时导航信息进行更新，利用更新后的误差参数-温度关系曲线对MEMSIMU的在后续实际使用中的温度漂移误差进行在线补偿，可以提高MEMS IMU补偿精度，从而提高基于MEMS IMU的组合导航系统的导航精度。
下面将对本发明实施例的补偿温度漂移误差的装置进行详细描述。
图6示出了本发明一个实施例的补偿温度漂移误差的装置200示意性框图，如图6所示，该补偿温度漂移误差的装置200包括获取模块210、拟合模块220和补偿模块230。
获取模块210用于获取微机电系统惯性测量单元MEMS IMU的样本工作温度；
该获取模块210还用于获取与该样本工作温度对应的该MEMS IMU的测量结果的误差参数值；
拟合模块220用于基于该获取模块210获取的多个该样本工作温度和多个该误差参数值进行拟合以获得误差参数-温度关系曲线；
补偿模块230用于根据该拟合模块220获得的该误差参数-温度关系曲线对该MEMSIMU的该温度漂移误差进行补偿。
本发明提供的补偿温度漂移误差的装置，利用实际导航过程中在线产生的MEMSIMU样本的数据，即利用大量的MEMS IMU的样本工作温度和与该样本工作温度对应的大量的该MEMS IMU的测量结果的误差参数值，替代了传统实验室标定的数据来源，通过进行拟合以获得误差参数-温度关系曲线，通过该误差参数-温度关系曲线对该MEMS IMU的在后续使用过程中的温度漂移误差进行在线补偿，从而克服了传统的实验室标定的温度误差模型存在的标定参数由于使用时间延长而逐渐老化的问题，提高了导航的精度，降低了成本，便于实现。
可选的，作为一个实施例，该获取模块210具体用于：
获取与该样本工作温度对应的惯性导航系统INS数据，该INS数据包括载体的角速度和该载体的加速度，该MEMS IMU位于该INS当中，该INS安装于该载体中；
基于该INS数据通过卡尔曼滤波算法获取与该样本工作温度对应的该误差参数值。
可选的，作为一个实施例，该获取模块210还用于：
根据该误差参数-温度关系曲线获取该MEMS IMU在第一工作温度下的第一误差参数值；
该补偿模块230具体用于根据该第一误差参数值对该MEMS IMU在该第一工作温度下的该温度漂移误差进行补偿。
可选的，作为一个实施例，该获取模块210还用于：
获取除该多个该样本工作温度以外的第一样本工作温度；
通过卡尔曼滤波算法获取与该第一样本工作温度对应的第二误差参数值；
根据该误差参数-温度关系曲线获取与该第一样本工作温度对应的该第三误差参数值；
该补偿温度漂移误差的装置还包括：
更新模块240，用于基于该第二误差参数值和该第三误差参数值对该误差参数-温度关系曲线进行更新。
本发明实施例的补偿温度漂移误差的装置，通过对已经建立该误差参数-温度关系曲线基于实时导航信息进行更新，利用更新后的误差参数-温度关系曲线对MEMS IMU的在后续实际使用中的温度漂移误差进行在线补偿，可以提高MEMS IMU补偿精度，从而提高基于MEMS IMU的组合导航系统的导航精度
可选的，该MEMS IMU的误差参数值包括零偏误差值和/或比例因子误差值。
应理解，根据本发明实施例的补偿温度漂移误差的装置200的各个模块的上述和其他操作和/或功能分别实现图3至图5中的各个方法的相应流程，为了简洁，在此不再赘述。
图7是根据本发明实施例的补偿温度漂移误差的装置300的示意框图。如图7所示，该装置300包括存储器310和处理器320，该存储器310和处理器320之间通过内部连接通路互相通信，传递控制和/或数据信号。
该存储器310用于存储程序代码；
该处理器320用于调用该程序代码以实现本发明上述各实施例中的方法。
图7所示的补偿温度漂移误差的装置300能够实现前述图3至图5的实施例中所实现的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。
应理解，在本发明实施例中，该处理器320可以是中央处理单元(centralprocessing unit，CPU)，该处理器320还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignal processor，DSP)、专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
该存储器310可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器320提供指令和数据。存储器310的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。例如，存储器310还可以存储设备类型的信息。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器320中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。结合本发明实施例实施例所公开的补偿温度漂移误差的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器320中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于存储介质中。该存储介质位于存储器310，处理器320读取存储器310中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
可以理解，本发明实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read-only memory，ROM)、可编程只读存储器(programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(random access memory，RAM)，其用作外部高速缓存。应注意，本文描述的系统和方法的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
本发明实施例还提供了一种组合导航系统，该组合导航系统包括微机电系统惯性测量单元MEMS IMU和上述本发明实施例提供的补偿温度漂移误差的装置。
本发明实施提供的组合导航系统，在导航过程中可以利用补偿温度漂移误差的装置对MEMS IMU的温度漂移误差进行实时补偿，提高了该组合导航系统的导航的精度，降低了成本，便于实现。
本发明实施例还提供了一种计算机可读介质，用于存储计算机程序，该计算机程序包括用于执行上述图3至图5中本发明实施例实施例的补偿温度漂移误差的方法。该可读介质可以是ROM或者RAM，本发明实施例对此不作限制。
应理解，本文中术语“和/或”以及“A或B中的至少一种”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明实施例的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明实施例各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明实施例各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (11)

1.一种补偿温度漂移误差的方法，其特征在于，包括：
获取微机电系统惯性测量单元MEMS IMU的样本工作温度；
获取与所述样本工作温度对应的所述MEMS IMU的测量结果的误差参数值；
基于多个所述样本工作温度和多个所述误差参数值进行拟合以获得误差参数-温度关系曲线；
根据所述误差参数-温度关系曲线对所述MEMS IMU的所述温度漂移误差进行补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取与所述样本工作温度对应的所述MEMS IMU的测量结果的误差参数值，包括：
获取与所述样本工作温度对应的惯性导航系统INS数据，所述INS数据包括载体的角速度和所述载体的加速度，所述MEMS IMU位于所述INS当中，所述INS安装于所述载体中；
基于所述INS数据通过卡尔曼滤波算法获取与所述样本工作温度对应的所述误差参数值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述误差参数-温度关系曲线对所述MEMS IMU的所述温度漂移误差进行补偿，包括：
根据所述误差参数-温度关系曲线获取所述MEMS IMU在第一工作温度下的第一误差参数值；
根据所述第一误差参数值对所述MEMS IMU在所述第一工作温度下的所述温度漂移误差进行补偿。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述基于多个所述样本工作温度和多个所述误差参数值进行拟合以获得误差参数-温度关系曲线之后，所述方法还包括：
获取除所述多个所述样本工作温度以外的第一样本工作温度；
通过卡尔曼滤波算法获取与所述第一样本工作温度对应的第二误差参数值；
根据所述误差参数-温度关系曲线获取与所述第一样本工作温度对应的所述第三误差参数值；
基于所述第二误差参数值和所述第三误差参数值对所述误差参数-温度关系曲线进行更新。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述MEMS IMU的误差参数值包括零偏误差值和/或比例因子误差值。
6.一种补偿温度漂移误差的装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取微机电系统惯性测量单元MEMS IMU的样本工作温度；
所述获取模块还用于获取与所述样本工作温度对应的所述MEMS IMU的测量结果的误差参数值；
拟合模块，用于基于所述获取模块获取的多个所述样本工作温度和多个所述误差参数值进行拟合以获得误差参数-温度关系曲线；
补偿模块，用于根据所述拟合模块获得的所述误差参数-温度关系曲线对所述MEMSIMU的所述温度漂移误差进行补偿。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取模块具体用于：
获取与所述样本工作温度对应的惯性导航系统INS数据，所述INS数据包括载体的角速度和所述载体的加速度，所述MEMS IMU位于所述INS当中，所述INS安装于所述载体中；
基于所述INS数据通过卡尔曼滤波算法获取与所述样本工作温度对应的所述误差参数值。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述获取模块还用于：
根据所述误差参数-温度关系曲线获取所述MEMS IMU在第一工作温度下的第一误差参数值；
所述补偿模块具体用于根据所述第一误差参数值对所述MEMS IMU在所述第一工作温度下的所述温度漂移误差进行补偿。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述获取模块还用于：
获取除所述多个所述样本工作温度以外的第一样本工作温度；
通过卡尔曼滤波算法获取与所述第一样本工作温度对应的第二误差参数值；
根据所述误差参数-温度关系曲线获取与所述第一样本工作温度对应的所述第三误差参数值；
所述装置还包括：
更新模块，用于基于所述第二误差参数值和所述第三误差参数值对所述误差参数-温度关系曲线进行更新。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述MEMS IMU的误差参数值包括零偏误差值和/或比例因子误差值。
11.一种组合导航系统，其特征在于，包括微机电系统惯性测量单元MEMS IMU和权利要求6至10中任一项所述的补偿温度漂移误差的装置。
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