CN110988399A - 加速度计补偿方法 - Google Patents

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张菁华
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丁凯
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Abstract

本发明涉及惯性仪表制造技术领域，公开了一种加速度计补偿方法。该方法包括：获取1g时温度以预定温度变化率变化时的第一输出数据；获取‑1g时温度以预定温度变化率变化时的第二输出数据；对预定温度变化率、加速度计输出温度和第一输出数据多次拟合，基于拟合结果得到1g时的第一温度拟合参数和第一温度变化率拟合参数；对预定温度变化率、加速度计输出温度和第二输出数据多次拟合，基于拟合结果得到‑1g时的第二温度拟合参数和第二温度变化率拟合参数；计算加速度偏值与标度因数的乘积拟合值及标度因数拟合值；基于加速度偏值与标度因数的乘积拟合值及标度因数拟合值得到补偿后的加速度计输出值。由此，可提高加速度计温度补偿效果。

Description

加速度计补偿方法
技术领域
本发明涉及惯性仪表制造技术领域，尤其涉及一种加速度计补偿方法。
背景技术
加速度计是惯导系统的主要器件，加速度计性能直接影响惯导系统精度，通常系统进行综合温度标定，对加速度计建立定温标定模型，或者利用加速度度计单表定温标定模型，在外界环境温和的情况下，系统精度可以得到很好保证，当系统环境温度出现快速变化时，由于加速度计自身的温度滞回特性，导致加速度计精度降低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种加速度计补偿方法，能够解决现有技术中加速度计因环境温度影响而精度降低的问题。
本发明的技术解决方案：一种加速度计补偿方法，其中，该方法包括：
在加速度计处于1g状态时，获取温度以预定温度变化率变化的情况下加速度计的第一输出数据；
在加速度计处于-1g状态时，获取温度以预定温度变化率变化的情况下加速度计的第二输出数据；
利用最小二乘法对所述预定温度变化率、加速度计输出温度和所述第一输出数据进行多次拟合，基于拟合结果得到加速度计处于1g状态时的第一温度拟合参数和第一温度变化率拟合参数；
利用最小二乘法对所述预定温度变化率、加速度计输出温度和所述第二输出数据进行多次拟合，基于拟合结果得到加速度计处于-1g状态时的第二温度拟合参数和第二温度变化率拟合参数；
基于所述第一温度拟合参数和第一温度变化率拟合参数以及第二温度拟合参数和第二温度变化率拟合参数计算加速度偏值与标度因数的乘积拟合值以及标度因数拟合值；
基于加速度偏值与标度因数的乘积拟合值以及标度因数拟合值得到补偿后的加速度计输出值。
优选地，所述第一输出数据包括加速度计处于1g状态时的加速度计输出频率，所述第二输出数据包括加速度计处于-1g状态时的加速度计输出频率。
优选地，第一温度拟合参数和第二温度拟合参数均包括3阶温度拟合参数，第一温度变化率拟合参数和第二温度变化率拟合参数均包括1阶温度变化率拟合参数。
优选地，通过下式基于拟合结果得到加速度计处于1g状态时的第一温度拟合参数和第一温度变化率拟合参数：
E+1g(T)＝m0+m1T+m2T2+m3T3+m4dT，
其中，T为加速度计输出温度，dT为预定温度变化率，E+1g(T)为加速度计处于1g状态时的加速度计输出频率拟合输出量，m0、m1、m2、m3为加速度计处于1g状态时的3阶温度拟合参数，m4为加速度计处于1g状态时的1阶温度变化率拟合参数。
优选地，通过下式基于拟合结果得到加速度计处于-1g状态时的第二温度拟合参数和第二温度变化率拟合参数：
E-1g(T)＝n0+n1T+n2T2+n3T3+n4dT，
其中，E-1g(T)为加速度计处于-1g状态时的加速度计输出频率拟合输出量，n0、n1、n2、n3为加速度计处于-1g状态时的3阶温度拟合参数，n4为加速度计处于-1g状态时的1阶温度变化率拟合参数。
优选地，通过下式基于所述第一温度拟合参数和第一温度变化率拟合参数以及第二温度拟合参数和第二温度变化率拟合参数计算标度因数拟合值：K1(T)＝(m0-n0)/2+(m1-n1)/2×T+(m2-n2)/2×T2+(m3-n3)/2×T3+(m4-n4)/2×dT，
其中，K1(T)为标度因数拟合值。
优选地，通过下式基于所述第一温度拟合参数和第一温度变化率拟合参数以及第二温度拟合参数和第二温度变化率拟合参数计算加速度偏值与标度因数的乘积拟合值：
K0K1(T)＝(m0+n0)/2+(m1+n1)/2×T+(m2+n2)/2×T2+(m3+n3)/2×T3+(m4+n4)/2×dT，
其中，K0K1(T)为加速度偏值与标度因数的乘积拟合值。
优选地，通过下式基于加速度偏值与标度因数的乘积拟合值以及标度因数拟合值得到补偿后的加速度计输出值：
a＝(E-K0K1(T))/K1(T)，
其中，E为加速计输出频率，a为补偿后的加速度计输出值。
通过上述技术方案，可以利用预定温度变化率参数补偿降低加速度计变温时的温度滞回，从而提高加速度计温度补偿效果，提高加速度计综合精度和系统的综合性能。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种加速度计补偿方法的流程图；
图2为本发明实施例中加速度计测试时的变温曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。
在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
图1为本发明实施例提供的一种加速度计补偿方法的流程图。
如图1所示，本发明实施例提供了一种加速度计补偿方法，其中，该方法包括：
S100，在加速度计处于1g状态时，获取温度以预定温度变化率变化的情况下加速度计的第一输出数据；
S102，在加速度计处于-1g状态时，获取温度以预定温度变化率变化的情况下加速度计的第二输出数据；
S104，利用最小二乘法对所述预定温度变化率、加速度计输出温度和所述第一输出数据进行多次拟合，基于拟合结果得到加速度计处于1g状态时的第一温度拟合参数和第一温度变化率拟合参数；
S106，利用最小二乘法对所述预定温度变化率、加速度计输出温度和所述第二输出数据进行多次拟合，基于拟合结果得到加速度计处于-1g状态时的第二温度拟合参数和第二温度变化率拟合参数；
S108，基于所述第一温度拟合参数和第一温度变化率拟合参数以及第二温度拟合参数和第二温度变化率拟合参数计算加速度偏值与标度因数的乘积拟合值以及标度因数拟合值；
S110，基于加速度偏值与标度因数的乘积拟合值以及标度因数拟合值得到补偿后的加速度计输出值。
其中，加速度计进行变温试验时，预定温度变化率、温度的最高值及最低值可以根据实际情况进行设定，本发明不对此进行限定。
通过上述技术方案，可以利用预定温度变化率参数补偿降低加速度计变温时的温度滞回，从而提高加速度计温度补偿效果，提高加速度计综合精度和系统的综合性能。
根据本发明一种实施例，所述第一输出数据包括加速度计处于1g状态时的加速度计输出频率，所述第二输出数据包括加速度计处于-1g状态时的加速度计输出频率。
根据本发明一种实施例，第一温度拟合参数和第二温度拟合参数均包括3阶温度拟合参数，第一温度变化率拟合参数和第二温度变化率拟合参数均包括1阶温度变化率拟合参数。
本领域技术人员应当理解，上述关于阶数的描述仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。
根据本发明一种实施例，通过下式基于拟合结果得到加速度计处于1g状态时的第一温度拟合参数和第一温度变化率拟合参数：
E+1g(T)＝m0+m1T+m2T2+m3T3+m4dT， (1)
其中，T为加速度计输出温度，dT为预定温度变化率，E+1g(T)为加速度计处于1g状态时的加速度计输出频率拟合输出量，m0、m1、m2、m3为加速度计处于1g状态时的3阶温度拟合参数(即，第一温度拟合参数)，m4为加速度计处于1g状态时的1阶温度变化率拟合参数(即，第一温度变化率拟合参数)。
也就是，利用最小二乘法对所述预定温度变化率、加速度输出温度和所述第一输出数据进行多次拟合可以得到加速度计处于1g状态时的加速度计输出频率拟合输出量，进而可以根据加速度计处于1g状态时的加速度计输出频率拟合输出量、加速度计输出温度和预定温度变化率可以计算得到加速度计处于1g状态时的第一温度拟合参数和第一温度变化率拟合参数。
根据本发明一种实施例，通过下式基于拟合结果得到加速度计处于-1g状态时的第二温度拟合参数和第二温度变化率拟合参数：
E-1g(T)＝n0+n1T+n2T2+n3T3+n4dT， (2)
其中，E-1g(T)为加速度计处于-1g状态时的加速度计输出频率拟合输出量，n0、n1、n2、n3为加速度计处于-1g状态时的3阶温度拟合参数(即，第二温度拟合参数)，n4为加速度计处于-1g状态时的1阶温度变化率拟合参数(即，第二温度变化率拟合参数)。
也就是，利用最小二乘法对所述预定温度变化率、加速度输出温度和所述第二输出数据进行多次拟合可以得到加速度计处于-1g状态时的加速度计输出频率拟合输出量，进而可以根据加速度计处于-1g状态时的加速度计输出频率拟合输出量、加速度计输出温度和预定温度变化率可以计算得到加速度计处于-1g状态时的第二温度拟合参数和第二温度变化率拟合参数。
根据本发明一种实施例，通过下式基于所述第一温度拟合参数和第一温度变化率拟合参数以及第二温度拟合参数和第二温度变化率拟合参数计算标度因数拟合值：
K1(T)＝(m0-n0)/2+(m1-n1)/2×T+(m2-n2)/2×T2+(m3-n3)/2×T3+(m4-n4)/2×dT， (3)
其中，K1(T)为标度因数拟合值。
根据本发明一种实施例，通过下式基于所述第一温度拟合参数和第一温度变化率拟合参数以及第二温度拟合参数和第二温度变化率拟合参数计算加速度偏值与标度因数的乘积拟合值：
K0K1(T)＝(m0+n0)/2+(m1+n1)/2×T+(m2+n2)/2×T2+(m3+n3)/2×T3+(m4+n4)/2×dT， (4)
其中，K0K1(T)为加速度偏值与标度因数的乘积拟合值。
根据本发明一种实施例，通过下式基于加速度偏值与标度因数的乘积拟合值以及标度因数拟合值得到补偿后的加速度计输出值：
a＝(E-K0K1(T))/K1(T)， (5)
其中，E为加速计输出频率，a为补偿后的加速度计输出值(单位为g)。
图2为本发明实施例中加速度计测试时的变温曲线示意图。
下面结合图2的实例对本发明的加速度计补偿方法进行描述。
在该实例中，最高温设置为：65℃保温1h，预定温度变化率(例如，降温速率)设定为1℃/min，最低温设置为：-45℃，保温1h。
在+1g、-1g位置，按照预定温度变化率进行变温试验，记录对应位置全过程加速度计输出频率；
利用最小二乘法对预定温度变化率、加速度计输出温度和1g位置的加速度计输出频率进行多次拟合，通过上述公式(1)计算1g位置的3阶温度拟合参数和1阶温度变化率拟合参数，以及利用最小二乘法对预定温度变化率、加速度计输出温度和-1g位置的加速度计输出频率进行多次拟合，通过上述公式(2)计算-1g位置的3阶温度拟合参数和1阶温度变化率拟合参数。
通过上述公式(3)可以计算标度因数拟合值，通过上述公式(4)可以计算加速度偏值与标度因数的乘积拟合值；
通过上述公式(5)对加速度计温度补偿，输出即为加速度计补偿结果(即，补偿后的加速度计输出值)。
通过试验验证，加速度计补偿残差(1σ)优于57ug，相比原有定温补偿残差357ug明显提升。
如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (8)

1.一种加速度计补偿方法，其特征在于，该方法包括：
在加速度计处于1g状态时，获取温度以预定温度变化率变化的情况下加速度计的第一输出数据；
在加速度计处于-1g状态时，获取温度以预定温度变化率变化的情况下加速度计的第二输出数据；
利用最小二乘法对所述预定温度变化率、加速度计输出温度和所述第一输出数据进行多次拟合，基于拟合结果得到加速度计处于1g状态时的第一温度拟合参数和第一温度变化率拟合参数；
利用最小二乘法对所述预定温度变化率、加速度计输出温度和所述第二输出数据进行多次拟合，基于拟合结果得到加速度计处于-1g状态时的第二温度拟合参数和第二温度变化率拟合参数；
基于所述第一温度拟合参数和第一温度变化率拟合参数以及第二温度拟合参数和第二温度变化率拟合参数计算加速度偏值与标度因数的乘积拟合值以及标度因数拟合值；
基于加速度偏值与标度因数的乘积拟合值以及标度因数拟合值得到补偿后的加速度计输出值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一输出数据包括加速度计处于1g状态时的加速度计输出频率，所述第二输出数据包括加速度计处于-1g状态时的加速度计输出频率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，第一温度拟合参数和第二温度拟合参数均包括3阶温度拟合参数，第一温度变化率拟合参数和第二温度变化率拟合参数均包括1阶温度变化率拟合参数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过下式基于拟合结果得到加速度计处于1g状态时的第一温度拟合参数和第一温度变化率拟合参数：
E+1g(T)＝m0+m1T+m2T2+m3T3+m4dT，
其中，T为加速度计输出温度，dT为预定温度变化率，E+1g(T)为加速度计处于1g状态时的加速度计输出频率拟合输出量，m0、m1、m2、m3为加速度计处于1g状态时的3阶温度拟合参数，m4为加速度计处于1g状态时的1阶温度变化率拟合参数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过下式基于拟合结果得到加速度计处于-1g状态时的第二温度拟合参数和第二温度变化率拟合参数：
E-1g(T)＝n0+n1T+n2T2+n3T3+n4dT，
其中，E-1g(T)为加速度计处于-1g状态时的加速度计输出频率拟合输出量，n0、n1、n2、n3为加速度计处于-1g状态时的3阶温度拟合参数，n4为加速度计处于-1g状态时的1阶温度变化率拟合参数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过下式基于所述第一温度拟合参数和第一温度变化率拟合参数以及第二温度拟合参数和第二温度变化率拟合参数计算标度因数拟合值：
K1(T)＝(m0-n0)/2+(m1-n1)/2×T+(m2-n2)/2×T2+(m3-n3)/2×T3+(m4-n4)/2×dT，
其中，K1(T)为标度因数拟合值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过下式基于所述第一温度拟合参数和第一温度变化率拟合参数以及第二温度拟合参数和第二温度变化率拟合参数计算加速度偏值与标度因数的乘积拟合值：
K0K1(T)＝(m0+n0)/2+(m1+n1)/2×T+(m2+n2)/2×T2+(m3+n3)/2×T3+(m4+n4)/2×dT，
其中，K0K1(T)为加速度偏值与标度因数的乘积拟合值。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过下式基于加速度偏值与标度因数的乘积拟合值以及标度因数拟合值得到补偿后的加速度计输出值：
a＝(E-K0K1(T))/K1(T)，
其中，E为加速计输出频率，a为补偿后的加速度计输出值。
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