CN112113562B - 微机电惯性器件的配对筛选方法 - Google Patents

微机电惯性器件的配对筛选方法 Download PDF

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CN112113562B CN202010930739.8A CN202010930739A CN112113562B CN 112113562 B CN112113562 B CN 112113562B CN 202010930739 A CN202010930739 A CN 202010930739A CN 112113562 B CN112113562 B CN 112113562B
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Abstract

本发明涉及微机电惯性器件的配对筛选方法，包括：在每个设定采样环境条件下，处理器对各样本进行上电，根据预设采样次数、预设采样总时长、上电时间得到多个采样时刻；对每个器件ID的平均实测温度数据和第二上电零位平均输出值进行二次最小二乘法拟合处理，得到每个器件ID在温度节点下的上电零位拟合输出值；根据全部设定采样环境条件下的各个器件ID的上电零位拟合输出值得到对应的离散程度值，离散程度均值；根据上电零位离散程度值和离散程度均值的偏离量进行有效性筛选处理；对筛选为有效的样本的集合中的任意两个样本的实测温度数据和上电零位输出值进行一阶、二阶最小二乘法拟合处理，并根据拟合度确定有效的样本的集合中的配对样本。

Description

微机电惯性器件的配对筛选方法
技术领域
本发明涉及惯性导航技术领域，尤其涉及微机电惯性器件的配对筛选方法。
背景技术
微机电惯性器件是以测量载体在惯性空间内转动运动和位置运动为目的的微机电系统。在许多运动体上，特别是高速度、高动态的飞行器上，广泛使用微机电惯导系统，以降低成本和减小飞行器的体积。
但这些飞行器对测量精度的要求很高，现有的提高测量精度的方法是：将两个相同型号的陀螺仪或者加速度计同轴反向冗余安装，飞行器采集两个陀螺仪或者加速度计的输出值后做“平均”，用以消除零位误差，经过滤波后即可作为惯导系统的一个“轴”的输出值。
虽然两个相同型号的陀螺仪或者加速度计同轴反向冗余安装后可以降低力学环境，例如振动，造成的误差。但是，对于同轴反向冗余安装的配对器件，如果它们在温度变化条件下的误差特征不同，工作时间越长，产生的误差越大。特别是误差特征随温度变化规律性不强的器件参与了配对，对测量精度产生的不利影响更大，也更难以补偿消除。即使在上电初期，进行过较长时间的“归零”处理，也无助于减小后续使用误差。
因此，提出一种能够配对筛选出两个在相同温度条件下，随时间变化表现出相似的特征的微机电惯性器件的方法是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了微机电惯性器件的配对筛选方法，能够在批量生产中提高配对筛选效率，通过低精度的微机电惯性器件实现高精度的测量结果，降低惯导系统的成本。
为实现上述目的，本发明提供了微机电惯性器件的配对筛选方法，所述配对筛选方法包括：
在每个设定采样环境条件下，处理器发送上电控制信号，对各待测微机电惯性器件的样本进行上电，根据预设采样次数和预设采样总时长得到采样频率，并根据上电时间和所述采样频率计算得到多个采样时刻；
采样单元在每个采样时刻采集每个所述样本的实测温度数据和上电零位输出值，生成每个所述样本的一个采样数据发送给所述处理器；所述一个采样数据包括一个样本的器件ID、采样时刻、实测温度数据和上电零位输出值；
所述处理器对每个器件ID建立所述器件ID的多个采样数据和当前设定采样环境的温度节点的第一对应关系；
所述处理器对每个器件ID对应的多个实测温度数据和多个上电零位输出值分别进行平均值计算，得到在当前的温度节点下，每个器件ID对应的平均实测温度数据和第一上电零位平均输出值；
所述处理器对全部样本的第一上电零位平均输出值进行平均值计算，得到在当前的温度节点下，全部样本的第二上电零位平均输出值；
所述处理器对每个器件ID对应的平均实测温度数据和第二上电零位平均输出值进行二次最小二乘法拟合处理，得到每个器件ID对应的在所述温度节点下的上电零位拟合输出值；
所述处理器根据全部设定采样环境条件下的各个器件ID的上电零位拟合输出值进行每个器件ID的上电零位离散程度计算，得到每个器件ID对应的离散程度值，并得到离散程度均值；
所述处理器根据每个器件ID的上电零位离散程度值和离散程度均值的偏离量对全部样本进行有效性筛选处理；
所述处理器对筛选为有效的样本的集合中的任意两个样本的实测温度数据和上电零位输出值进行一阶、二阶最小二乘法拟合处理，并根据拟合度确定所述有效的样本的集合中的配对样本；所述配对样本包括两个样本。
优选的，在所述处理器发送上电控制信号之前，所述配对筛选方法还包括：
放置所述样本的试验箱根据接收到的温控指令进行升温或降温；
所述试验箱的温度传感器实时检测试验箱内的温度，得到实时测试温度，发送给处理器；
所述处理器判断所述实时测试温度是否等于任一所述温度节点对应的温度值，且判断当前温度节点是否为预设温度端点；
当实时测试温度等于一个温度节点对应的温度值，且不是预设温度端点时，所述处理器向所述试验箱发送保温指令，用以所述试验箱在所述一个温度节点对应的温度值上对样品进行保温；当保温持续时长达到预设时长时,所述处理器生成上电控制信号，用以控制全部待测微机电惯性器件的样本上电；
当所述测试温度等于预设温度端点时，所述处理器生成停止升温或停止降温的控制指令，并且根据预设温度端点偏离调整值，生成温控指令。
优选的，所述采样时刻具有对应的采样顺序编号；所述根据预设采样次数和预设采样总时长得到采样频率，并根据上电时间和所述采样频率计算得到多个采样时刻具体包括：
根据公式
Figure BDA0002670120940000031
计算采样时刻；
其中，i为温度节点的编号，tik为第i个温度节点的第k个采样时刻，ti0为第i个温度节点的上电时间，Δt为预设采样总时长，n为预设采样次数，k为采样顺序编号，k＝1,2,3,……,n。
优选的，所述处理器对每个器件ID对应的平均实测温度数据和第二上电零位平均输出值进行二次最小二乘法拟合处理，得到每个器件ID对应的在所述温度节点下的上电零位拟合输出值具体包括：
根据公式
Figure BDA0002670120940000032
计算上电零位拟合输出值；
其中，i为温度节点的编号，
Figure BDA0002670120940000041
为第i个温度节点下全部样本的平均实测温度数据，Outi为第i个温度节点下全部样本的上电零位拟合输出值，B2、B1、B0为全部样本的二阶拟合系数。
进一步优选的，所述处理器根据全部设定采样环境条件下的各个器件ID的上电零位拟合输出值进行每个器件ID的上电零位离散程度计算，得到每个器件ID对应的离散程度值，并得到离散程度均值具体包括：
根据公式
Figure BDA0002670120940000042
计算每个样本的离散程度值；
其中，m为样本的编号，i为温度节点的编号，VARm为第m个样本的离散程度值，
Figure BDA0002670120940000043
为第i个温度节点下第m个样本的第一上电零位平均输出值，Outi为第i个温度节点下全部样本的上电零位拟合输出值；q为全部温度节点的数量；
根据公式
Figure BDA0002670120940000044
计算离散程度均值；
其中，
Figure BDA0002670120940000045
为离散程度均值，m为样本的编号，VARm为第m个样本的离散程度值，s为全部样本的数量。
进一步优选的，所述处理器根据每个器件ID的上电零位离散程度值和离散程度均值的偏离量对全部样本进行有效性筛选处理具体包括：
根据公式
Figure BDA0002670120940000046
确定有效的样本；
其中，
Figure BDA0002670120940000047
为离散程度均值，m为样本的编号，VARm为第m个样本的离散程度值，p为预设倍数。
进一步优选的，所述配对筛选方法还包括：
所述处理器统计并判断所述有效的样本的数量为偶数或者奇数；
当所述有效的样本的数量为偶数时，根据公式
Figure BDA0002670120940000048
确定配对组合的组合数量；当所述有效的样本的数量为奇数时，根据公式
Figure BDA0002670120940000049
Figure BDA0002670120940000051
确定配对组合的组合数量；
其中，s1为有效的样本的数量，N为组合数量。
进一步优选的，所述处理器对筛选为有效的样本的集合中的任意两个样本的实测温度数据和上电零位输出值进行一阶、二阶最小二乘法拟合处理，并根据拟合度确定所述有效的样本的集合中的配对样本具体包括：
根据公式
Figure BDA0002670120940000052
计算每个样本在全部温度节点下的一阶拟合度；根据公式
Figure BDA0002670120940000053
计算每个样本在全部温度节点下的二阶拟合度；
其中，m为样本的编号，
Figure BDA0002670120940000054
为第m个样本在全部温度节点下的一阶拟合度，
Figure BDA0002670120940000055
为第m个样本在全部温度节点下的二阶拟合度；
Figure BDA0002670120940000056
为每个温度节点的平均实测温度数据,
Figure BDA0002670120940000057
为第m个样本的一阶拟合系数；
Figure BDA0002670120940000058
为第m个样本的二阶拟合系数；
根据公式
Figure BDA0002670120940000059
计算一阶拟合差异值
根据公式
Figure BDA00026701209400000510
计算二阶拟合差异值；
其中，m1为一个样本的编号，m2为另一个样本的编号，
Figure BDA00026701209400000511
为第m1个样本和第m2个样本的一阶拟合差异值，
Figure BDA00026701209400000512
为第m1个样本和第m2个样本的二阶拟合差异值，
Figure BDA00026701209400000513
为第m1个样本的一阶拟合系数，
Figure BDA00026701209400000514
为第m2个样本的一阶拟合系数，
Figure BDA00026701209400000515
第m1个样本的二阶拟合系数，
Figure BDA00026701209400000516
为第m2个样本的二阶拟合系数；
根据公式
Figure BDA00026701209400000517
计算第m1个样本和第m2个样本的一阶匹配度；根据公式
Figure BDA00026701209400000518
计算第m1个样本和第m2个样本的二阶匹配度；
其中，
Figure BDA00026701209400000519
为第m1个样本和第m2个样本的一阶匹配度，
Figure BDA00026701209400000520
为第m1个样本和第m2个样本的二阶匹配度，
Figure BDA00026701209400000521
为一阶拟合差异值，
Figure BDA00026701209400000522
为二阶拟合差异值，
Figure BDA0002670120940000061
为一阶拟合差异值的最大值，
Figure BDA0002670120940000062
为二阶拟合差异值的最大值；
根据公式
Figure BDA0002670120940000063
计算一阶拟合差异系数；
根据公式
Figure BDA0002670120940000064
计算二阶拟合差异系数；
其中，pμ1为一阶拟合差异系数，pμ2为二阶拟合差异系数，
Figure BDA0002670120940000065
为预设的一阶匹配度阈值，
Figure BDA0002670120940000066
为预设的二阶匹配度阈值。
进一步优选的，所述配对筛选方法还包括：
当
Figure BDA0002670120940000067
且
Figure BDA0002670120940000068
时，确定第m1个样本和第m2个样本匹配成功；否则匹配失败；
根据公式
Figure BDA0002670120940000069
计算全部配对组合的二阶匹配度均值；
其中，
Figure BDA00026701209400000610
为全部配对组合的二阶匹配度均值，k为配对组合的编号，
Figure BDA00026701209400000611
为包括第k个配对组合中两个样本的二阶匹配度，N为配对组合的组合数量；
根据公式
Figure BDA00026701209400000612
计算二阶匹配度标准差；
根据公式
Figure BDA00026701209400000613
确定配对样本；
其中，
Figure BDA00026701209400000614
为预设阈值，且
Figure BDA00026701209400000615
进一步优选的，
Figure BDA00026701209400000616
其中，
Figure BDA00026701209400000617
为一阶拟合差异值，
Figure BDA00026701209400000618
为二阶拟合差异值,pμ1为一阶拟合差异系数，pμ2为二阶拟合差异系数，
Figure BDA00026701209400000619
为一阶拟合差异值
Figure BDA00026701209400000620
的最大值，
Figure BDA00026701209400000621
为二阶拟合差异值
Figure BDA00026701209400000622
的最大值。
本发明实施例提供的微机电惯性器件的配对筛选方法，能够在批量生产中提高配对筛选效率，通过低精度的微机电惯性器件实现高精度的测量结果，降低惯导系统的成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的微机电惯性器件的配对筛选系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的待测微机电惯性器件的安装示意图；
图3为本发明实施例提供的试验箱的温度节点的示意图；
图4为本发明实施例提供的试验箱的升降温控制方法；
图5为本发明实施例提供的微机电惯性器件的配对筛选方法的流程图；
图6为本发明实施例提供的第一配对示意图；
图7为本发明实施例提供的第二配对示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明提供的微机电惯性器件的配对筛选方法，能够在批量生产中提高配对筛选效率，通过低精度的微机电惯性器件实现高精度的测量结果，降低惯导系统的成本。
为便于理解本发明，首先说明本发明提供的微机电惯性器件的配对筛选方法的工作原理：提取多个不同温度下待测微机电惯性器件的上电零位输出值，构建温度与上电零位输出值的数学关系，最终根据数学关系的变化趋势进行配对，筛选出两个在相同温度条件下，随时间变化表现相似的微机电惯性器件。
图1为本发明实施例提供的微机电惯性器件的配对筛选系统的结构示意图，如图1所示，对实现本发明提供的微机电惯性器件的配对筛选方法的微机电惯性器件的配对筛选系统进行说明。微机电惯性器件的配对筛选系统包括试验箱1隔振平台2测试底板3、通过线缆与测试底板连接的测试设备4、安装在测试底板上的温度传感器5(图中未示出)。
隔振平台2和测试底板3放置在试验箱1内，隔振平台2用于隔离外部振动，测试底板3用于批量安装待测微机电惯性器件。试验箱1用于升温、降温、保温，为待测微机电惯性器件提供温度环境。测试设备4的采样单元采集待测微机电惯性器件的上电零位输出值和实测温度数据，测试设备4的处理器通过分析自动生成配对组合。测试设备4还可以同时与多个测试底板连接。
图2为本发明实施例提供的待测微机电惯性器件的安装示意图，如图2所示，每个待测微机电惯性器件安装在测试底板3的一个指定位置。通过温度传感器5监测指定位置的温度实现监测每个待测微机电惯性器件的实测温度数据。
图3为本发明实施例提供的试验箱的温度节点的示意图，图4为本发明实施例提供的试验箱的升降温控制方法，结合图3和图4所示，说明试验箱的升降温控制方法。
步骤S1，放置样本的试验箱根据接收到的温控指令进行升温或降温；
步骤S2，试验箱的温度传感器实时检测试验箱内的温度，得到实时测试温度，发送给处理器；
步骤S3，处理器判断实时测试温度是否等于任一温度节点对应的温度值；
当实时测试温度不等于任一温度节点对应的温度值时，执行步骤S9，试验箱继续升温或降温；当实时测试温等于任一温度节点对应的温度值时，执行步骤S4，处理器判断当前温度节点是否为预设温度端点；
当当前温度节点不是预设温度端点时，执行步骤S5；当当前温度节点是预设温度端点时，执行步骤S10，处理器生成停止升温或停止降温的控制指令，并且根据预设温度端点偏离调整值，生成温控指令。
步骤S5，处理器向试验箱发送保温指令，用以试验箱在一个温度节点对应的温度值上对样品进行保温；
步骤S6，处理器判断保温持续时长是否达到预设时长；
当保温持续时长达到预设时长时,执行步骤S7，处理器生成上电控制信号，用以控制全部待测微机电惯性器件的样本上电；
当保温持续时长未达到预设时长时,执行步骤S8，试验箱继续处于保温状态。
在一个具体的例子中，如图3所示，试验箱的升温与降温过程均以10℃为梯度。为了增加采样密度，同时保证高效率配对，将升温与降温过程间隔5℃错开，并设置在以5℃为整数倍的温度处保持温度，直到待测微机电惯性器件内外温度达到平衡，再继续升温或降温。
在达到温度平衡状态后，即试验箱处于保温状态的持续时长达到预设时长时，处理器生成上电控制信号，用以控制全部待测微机电惯性器件上电，直到采样时间达到规定时间后断电，试验箱继续升温或降温,等待到达下一个温度节点。
图5为本发明实施例提供的微机电惯性器件的配对筛选方法的流程图，结合图5，说明本发明的配对筛选方法的具体步骤。
步骤101，在每个设定采样环境条件下，处理器发送上电控制信号，对各待测微机电惯性器件的样本进行上电，根据预设采样次数和预设采样总时长得到采样频率，并根据上电时间和采样频率计算得到多个采样时刻；
具体的，根据式1计算采样时刻：
Figure BDA0002670120940000091
其中,i为温度节点的编号，tik为第i个温度节点的第k个采样时刻，ti0为第i个温度节点的上电时间，Δt为预设采样总时长，n为预设采样次数，k为采样顺序编号，k＝1,2,3,……,n。
步骤102，采样单元在每个采样时刻采集每个样本的实测温度数据和上电零位输出值，生成每个样本的一个采样数据发送给处理器；
具体的，一个采样数据包括一个样本的器件ID、采样时刻、实测温度数据和上电零位输出值。
步骤103，处理器对每个器件ID建立器件ID的多个采样数据和当前设定采样环境的温度节点的第一对应关系；
具体的，温度节点与每个样本的器件ID、采样时刻、实测温度数据和上电零位输出值相对应。每个样本在一个温度节点有多个采样时刻，每个样本在一个采样时刻有一个对应的实测温度数据和一个对应的上电零位输出值。
步骤104，处理器对每个器件ID对应的多个实测温度数据和多个上电零位输出值分别进行平均值计算，得到在当前的温度节点下，每个器件ID对应的平均实测温度数据和第一上电零位平均输出值；
具体的，根据式2计算平均实测温度数据：
Figure BDA0002670120940000101
其中，k为实测温度数据对应的采样时刻的顺序编号，k＝1,2,3,......,n，n为采样次数，i为样本的编号，
Figure BDA0002670120940000102
为第i个样本在第k个采样时刻的实测温度数据，
Figure BDA0002670120940000103
为第i个样本的平均实测温度数据。
以上为在一个温度节点下，计算每个样本的平均实测温度数据的方法，经过多次计算，得到每个样本的在不同温度节点下的平均实测温度数据。
根据式3计算第一上电零位平均输出值：
Figure BDA0002670120940000104
其中，k为实测温度数据对应采样时刻的顺序编号，k＝1,2,3,......,n，n为采样次数，i为温度节点的编号，
Figure BDA0002670120940000105
为第i个温度节点下第m个样本的第k个采样时刻的实测温度数据，
Figure BDA0002670120940000106
为第i个温度节点第m个样本的第一上电零位平均输出值。
步骤105，处理器对全部样本的第一上电零位平均输出值进行平均值计算，得到在当前的温度节点下，全部样本的第二上电零位平均输出值；
具体的，根据式4计算全部样本的第二上电零位平均输出值：
Figure BDA0002670120940000107
其中，m为样本的编号，s为样本的数量，i为温度节点编号，
Figure BDA0002670120940000108
为第i个温度节点下全部样本的第二上电零位平均输出值，
Figure BDA0002670120940000109
为第i个温度节点第m个样本第一上电零位平均输出值。
步骤106，处理器对每个器件ID对应的平均实测温度数据和第二上电零位平均输出值进行二次最小二乘法拟合处理，得到每个器件ID对应的在温度节点下的上电零位拟合输出值；
具体的，根据式5计算上电零位拟合输出值：
Figure BDA0002670120940000111
其中，i为温度节点的编号，
Figure BDA0002670120940000112
为第i个温度节点下全部样本的平均实测温度数据，Outi为第i个温度节点下全部样本的上电零位拟合输出值，B2、B1、B0为全部样本的二阶拟合系数。
步骤107，处理器根据全部设定采样环境条件下的各个器件ID的上电零位拟合输出值进行每个器件ID的上电零位离散程度计算，得到每个器件ID对应的离散程度值，并得到离散程度均值；
具体的，根据式6计算每个样本的离散程度值：
Figure BDA0002670120940000113
其中，m为样本的编号，i为温度节点的编号，VARm为第m个样本的离散程度值，
Figure BDA0002670120940000114
为第i个温度节点下第m个样本的第一上电零位平均输出值，Outi为第i个温度节点下全部样本的上电零位拟合输出值；q为全部温度节点的数量；
根据式7计算离散程度均值：
Figure BDA0002670120940000115
其中，
Figure BDA0002670120940000116
为离散程度均值，m为样本的编号，VARm为第m个样本的离散程度值，s为全部样本的数量。
步骤108，处理器根据每个器件ID的上电零位离散程度值和离散程度均值的偏离量对全部样本进行有效性筛选处理；
具体的，根据式8确定有效的样本：
Figure BDA0002670120940000117
其中，
Figure BDA0002670120940000121
为离散程度均值，m为样本的编号，VARm为第m个样本的离散程度值，p为预设倍数。p的取值视精度需求而定，精度需求越高，p的取值越小，一般可取p＝2。确定有效的样本的目的是对第一平均上电零位输出值异常的样本进行剔除。
确定有效的样本后，根据有效的样本的数量计算配对组合的组合数量。
处理器统计并判断有效的样本的数量为偶数或者奇数；
当有效的样本的数量为偶数时，根据式9确定配对组合的组合数量：
Figure BDA0002670120940000122
当有效的样本的数量为奇数时，根据式10确定配对组合的组合数量：
Figure BDA0002670120940000123
其中，s1为有效的样本的数量，N为组合数量。
在一个具体的例子中，图6为本发明实施例提供的第一配对示意图，有效的样本的数量为奇数时，以s1＝5为例，其配对过程的树状图如图6所示。
在另一个具体的例子中，图7为本发明实施例提供的第二配对示意图，有效的样本的数量为偶数时，以s1＝6为例，其配对过程的树状图如图7所示。
步骤109，处理器对筛选为有效的样本的集合中的任意两个样本的实测温度数据和上电零位输出值进行一阶、二阶最小二乘法拟合处理，并根据拟合度确定有效的样本的集合中的配对样本。
具体的，配对样本包括两个样本。
根据式11计算每个样本在全部温度节点下的一阶拟合度：
Figure BDA0002670120940000124
根据式12，计算每个样本在全部温度节点下的二阶拟合度：
Figure BDA0002670120940000125
其中，m为样本的编号，
Figure BDA0002670120940000126
为第m个样本在全部温度节点下的一阶拟合度，
Figure BDA0002670120940000131
为第m个样本在全部温度节点下的二阶拟合度；
Figure BDA0002670120940000132
为每个温度节点的平均实测温度数据,
Figure BDA0002670120940000133
为第m个样本的一阶拟合系数；
Figure BDA0002670120940000134
为第m个样本的二阶拟合系数；
通过一阶、二阶最小二乘法拟合处理，得到每个被测试品上电零位与温度的一阶、二阶拟合曲线。拟合曲线体现了样本的上电零位输出值的变化趋势，上电零位输出值变化趋势越相近的两个样本的匹配程度越高。上述一阶拟合系数和二阶拟合系数体现了拟合曲线的变化趋势，以下通过对一阶拟合系数和二阶拟合系数的分析，确定上电零位输出值变化趋势相近的两个样本。
根据式13计算一阶拟合差异值：
Figure BDA0002670120940000135
根据式14计算二阶拟合差异值：
Figure BDA0002670120940000136
其中，m1为一个样本的编号，m2为另一个样本的编号，
Figure BDA0002670120940000137
为第m1个样本和第m2个样本的一阶拟合差异值，
Figure BDA0002670120940000138
为第m1个样本和第m2个样本的二阶拟合差异值，
Figure BDA0002670120940000139
为第m1个样本的一阶拟合系数，
Figure BDA00026701209400001310
为第m2个样本的一阶拟合系数，
Figure BDA00026701209400001311
第m1个样本的二阶拟合系数，
Figure BDA00026701209400001312
为第m2个样本的二阶拟合系数；
将
Figure BDA00026701209400001313
与
Figure BDA00026701209400001314
归一化为为[0，1]内的无量纲数，记为m1号被测试品与m2号被测试品的一阶匹配度
Figure BDA00026701209400001315
与二阶匹配度
Figure BDA00026701209400001316
具体步骤如下：
根据式15计算第m1个样本和第m2个样本的一阶匹配度:
Figure BDA00026701209400001317
根据式16计算第m1个样本和第m2个样本的二阶匹配度:
Figure BDA00026701209400001318
其中，
Figure BDA00026701209400001319
为第m1个样本和第m2个样本的一阶匹配度，
Figure BDA00026701209400001320
为第m1个样本和第m2个样本的二阶匹配度，
Figure BDA00026701209400001321
为一阶拟合差异值，
Figure BDA00026701209400001322
为二阶拟合差异值，
Figure BDA0002670120940000141
为一阶拟合差异值的最大值，
Figure BDA0002670120940000142
为二阶拟合差异值的最大值；
根据式17计算一阶拟合差异系数:
Figure BDA0002670120940000143
根据式18计算二阶拟合差异系数:
Figure BDA0002670120940000144
其中，pμ1为一阶拟合差异系数，pμ2为二阶拟合差异系数，
Figure BDA0002670120940000145
为预设的一阶匹配度阈值，
Figure BDA0002670120940000146
为预设的二阶匹配度阈值。
当
Figure BDA0002670120940000147
且
Figure BDA0002670120940000148
时，确定第m1个样本和第m2个样本匹配成功；否则匹配失败。
以下计算最优配对：根据式19计算全部配对组合的二阶匹配度均值:
Figure BDA0002670120940000149
其中，
Figure BDA00026701209400001410
为全部配对组合的二阶匹配度均值，k为配对组合的编号，
Figure BDA00026701209400001411
为包括第k个配对组合中两个样本的二阶匹配度，N为配对组合的组合数量。
根据式20计算二阶匹配度标准差:
Figure BDA00026701209400001412
其中，
Figure BDA00026701209400001413
为全部配对组合的二阶匹配度均值，k为配对组合的编号，
Figure BDA00026701209400001414
为包括第k个配对组合中两个样本的二阶匹配度，N为配对组合的组合数量，σ2为二阶匹配度标准差。
配对方案的评价指标主要有两个：二阶匹配度均值
Figure BDA00026701209400001415
与二阶匹配度标准差σ2。最优配对方案的筛选方法为：将每个方案的二阶匹配度均值
Figure BDA00026701209400001416
进行降序排列，按次序对方案进行离散度判定，满足判定条件的方案，即满足式21，为批最优方案。
根据式21，确定配对样本:
Figure BDA00026701209400001417
其中，
Figure BDA0002670120940000151
为预设阈值，且
Figure BDA0002670120940000152
Figure BDA0002670120940000153
为一阶拟合差异值，
Figure BDA0002670120940000154
为二阶拟合差异值,pμ1为一阶拟合差异系数，pμ2为二阶拟合差异系数，
Figure BDA0002670120940000155
为一阶拟合差异值
Figure BDA0002670120940000156
的最大值，
Figure BDA0002670120940000157
为二阶拟合差异值
Figure BDA0002670120940000158
的最大值。
最终得到的配对样本就是该批次待测微机电惯性器件在相同温度条件下随时间变化趋势，表现特征最为相似的两个样本。采用这两个样本同轴反向冗余安装在飞行器上，可以减小误差，提高测量结果精度。
本发明的微机电惯性器件的配对筛选方法，能够在批量生产中提高配对筛选效率，通过低精度的微机电惯性器件实现高精度的测量结果，降低惯导系统的成本。
专业人员应该还可以进一步意识到，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、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。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的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微机电惯性器件的配对筛选方法，其特征在于，所述配对筛选方法包括：
在每个设定采样环境条件下，处理器发送上电控制信号，对各待测微机电惯性器件的样本进行上电，根据预设采样次数和预设采样总时长得到采样频率，并根据上电时间和所述采样频率计算得到多个采样时刻；
采样单元在每个采样时刻采集每个所述样本的实测温度数据和上电零位输出值，生成每个所述样本的一个采样数据发送给所述处理器；所述一个采样数据包括一个样本的器件ID、采样时刻、实测温度数据和上电零位输出值；
所述处理器对每个器件ID建立所述器件ID的多个采样数据和当前设定采样环境的温度节点的第一对应关系；
所述处理器对每个器件ID对应的多个实测温度数据和多个上电零位输出值分别进行平均值计算，得到在当前的温度节点下，每个器件ID对应的平均实测温度数据和第一上电零位平均输出值；
所述处理器对全部样本的第一上电零位平均输出值进行平均值计算，得到在当前的温度节点下，全部样本的第二上电零位平均输出值；
所述处理器对每个器件ID对应的平均实测温度数据和第二上电零位平均输出值进行二次最小二乘法拟合处理，得到每个器件ID对应的在所述温度节点下的上电零位拟合输出值；
所述处理器根据全部设定采样环境条件下的各个器件ID的上电零位拟合输出值进行每个器件ID的上电零位离散程度计算，得到每个器件ID对应的离散程度值，并得到离散程度均值；
所述处理器根据每个器件ID的上电零位离散程度值和离散程度均值的偏离量对全部样本进行有效性筛选处理；
所述处理器对筛选为有效的样本的集合中的任意两个样本中每个样本的平均实测温度数据和上电零位输出值进行一阶、二阶最小二乘法拟合处理，得到所述两个样本中每个样本的实测温度数据和上电零位输出值的一阶拟合曲线和二阶拟合曲线，并根据所述两个样本各自的一阶拟合曲线和二阶拟合曲线的变化趋势确定所述有效的样本的集合中的配对样本；所述配对样本包括两个样本。
2.根据权利要求1所述的微机电惯性器件的配对筛选方法，其特征在于，在所述处理器发送上电控制信号之前，所述配对筛选方法还包括：
放置所述样本的试验箱根据接收到的温控指令进行升温或降温；
所述试验箱的温度传感器实时检测试验箱内的温度，得到实时测试温度，发送给处理器；
所述处理器判断所述实时测试温度是否等于任一所述温度节点对应的温度值，且判断当前温度节点是否为预设温度端点；
当实时测试温度等于一个温度节点对应的温度值，且不是预设温度端点时，所述处理器向所述试验箱发送保温指令，用以所述试验箱在所述一个温度节点对应的温度值上对样品进行保温；当保温持续时长达到预设时长时,所述处理器生成上电控制信号，用以控制全部待测微机电惯性器件的样本上电；
当所述测试温度等于预设温度端点时，所述处理器生成停止升温或停止降温的控制指令，并且根据预设温度端点偏离调整值，生成温控指令。
3.根据权利要求1所述的微机电惯性器件的配对筛选方法，其特征在于，所述采样时刻具有对应的采样顺序编号；所述根据预设采样次数和预设采样总时长得到采样频率，并根据上电时间和所述采样频率计算得到多个采样时刻具体包括：
根据公式
Figure 949376DEST_PATH_IMAGE001
，计算采样时刻；
其中，
Figure 813427DEST_PATH_IMAGE002
为温度节点的编号，
Figure 299903DEST_PATH_IMAGE003
为第
Figure 591207DEST_PATH_IMAGE002
个温度节点的第
Figure 825617DEST_PATH_IMAGE004
个采样时刻，
Figure 493359DEST_PATH_IMAGE005
为第
Figure 631079DEST_PATH_IMAGE002
个温度节点的上电时间，
Figure 358864DEST_PATH_IMAGE006
为预设采样总时长，
Figure 785297DEST_PATH_IMAGE007
为预设采样次数，
Figure 991151DEST_PATH_IMAGE004
为采样顺序编号，
Figure 983377DEST_PATH_IMAGE004
=1,2,3,……,n。
4.根据权利要求1所述的微机电惯性器件的配对筛选方法，其特征在于，所述处理器对每个器件ID对应的平均实测温度数据和第二上电零位平均输出值进行二次最小二乘法拟合处理，得到每个器件ID对应的在所述温度节点下的上电零位拟合输出值具体包括：
根据公式
Figure 383528DEST_PATH_IMAGE008
计算上电零位拟合输出值；
其中，
Figure 93995DEST_PATH_IMAGE002
为温度节点的编号，
Figure 837960DEST_PATH_IMAGE009
为第
Figure 950273DEST_PATH_IMAGE002
个温度节点下全部样本的平均实测温度数据，
Figure 754281DEST_PATH_IMAGE010
为第
Figure 952044DEST_PATH_IMAGE002
个温度节点下全部样本的上电零位拟合输出值，
Figure 765279DEST_PATH_IMAGE011
为全部样本的二阶拟合系数。
5.根据权利要求4所述的微机电惯性器件的配对筛选方法，其特征在于，所述处理器根据全部设定采样环境条件下的各个器件ID的上电零位拟合输出值进行每个器件ID的上电零位离散程度计算，得到每个器件ID对应的离散程度值，并得到离散程度均值具体包括：
根据公式
Figure 732098DEST_PATH_IMAGE012
，计算每个样本的离散程度值；
其中，
Figure 471122DEST_PATH_IMAGE013
为样本的编号，
Figure 625022DEST_PATH_IMAGE002
为温度节点的编号，
Figure 976369DEST_PATH_IMAGE014
为第
Figure 797695DEST_PATH_IMAGE013
个样本的离散程度值，
Figure 209085DEST_PATH_IMAGE015
为第
Figure 115861DEST_PATH_IMAGE002
个温度节点下第
Figure 5319DEST_PATH_IMAGE013
个样本的第一上电零位平均输出值，
Figure 946731DEST_PATH_IMAGE010
为第
Figure 325759DEST_PATH_IMAGE002
个温度节点下全部样本的上电零位拟合输出值；
Figure 233015DEST_PATH_IMAGE016
为全部温度节点的数量；
根据公式
Figure 926165DEST_PATH_IMAGE017
，计算离散程度均值；
其中，
Figure 456503DEST_PATH_IMAGE018
为离散程度均值，
Figure 209695DEST_PATH_IMAGE013
为样本的编号，
Figure 91064DEST_PATH_IMAGE014
为第
Figure 587904DEST_PATH_IMAGE013
个样本的离散程度值，s为全部样本的数量。
6.根据权利要求5所述的微机电惯性器件的配对筛选方法，其特征在于，所述处理器根据每个器件ID的上电零位离散程度值和离散程度均值的偏离量对全部样本进行有效性筛选处理具体包括：
根据公式
Figure 238328DEST_PATH_IMAGE019
，确定有效的样本；
其中，
Figure 631264DEST_PATH_IMAGE018
为离散程度均值，
Figure 498463DEST_PATH_IMAGE013
为样本的编号，
Figure 533415DEST_PATH_IMAGE014
为第
Figure 303925DEST_PATH_IMAGE013
个样本的离散程度值，
Figure 133341DEST_PATH_IMAGE020
为预设倍数。
7.根据权利要求6所述的微机电惯性器件的配对筛选方法，其特征在于，所述配对筛选方法还包括：
所述处理器统计并判断所述有效的样本的数量为偶数或者奇数；
当所述有效的样本的数量为偶数时，根据公式
Figure 989302DEST_PATH_IMAGE021
，确定配对组合的组合数量；当所述有效的样本的数量为奇数时，根据公式
Figure 827945DEST_PATH_IMAGE022
，确定配对组合的组合数量；
其中，
Figure 984119DEST_PATH_IMAGE023
为有效的样本的数量，N为组合数量。
8.根据权利要求7所述的微机电惯性器件的配对筛选方法，其特征在于，所述处理器对筛选为有效的样本的集合中的任意两个样本中每个样本的平均实测温度数据和上电零位输出值进行一阶、二阶最小二乘法拟合处理，得到所述两个样本中每个样本的实测温度数据和上电零位输出值的一阶拟合曲线和二阶拟合曲线，并根据所述两个样本各自的一阶拟合曲线和二阶拟合曲线的变化趋势确定所述有效的样本的集合中的配对样本具体包括：
根据公式
Figure 250016DEST_PATH_IMAGE024
，计算每个样本在全部温度节点下的一阶拟合度；根据公式
Figure 327693DEST_PATH_IMAGE025
，计算每个样本在全部温度节点下的二阶拟合度；
其中，
Figure 471492DEST_PATH_IMAGE013
为样本的编号，
Figure 951015DEST_PATH_IMAGE026
为第
Figure 387812DEST_PATH_IMAGE013
个样本在全部温度节点下的一阶拟合度，
Figure 952786DEST_PATH_IMAGE027
为第
Figure 133231DEST_PATH_IMAGE013
个样本在全部温度节点下的二阶拟合度；
Figure 467261DEST_PATH_IMAGE028
为每个温度节点的平均实测温度数据,
Figure 74960DEST_PATH_IMAGE029
、
Figure 127229DEST_PATH_IMAGE030
为第
Figure 344322DEST_PATH_IMAGE013
个样本的一阶拟合系数；
Figure 798437DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 577037DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 116603DEST_PATH_IMAGE033
为第
Figure 638851DEST_PATH_IMAGE013
个样本的二阶拟合系数；
根据公式
Figure 947473DEST_PATH_IMAGE034
，计算一阶拟合差异值
根据公式
Figure 896974DEST_PATH_IMAGE035
，计算二阶拟合差异值；
其中，
Figure 658257DEST_PATH_IMAGE036
为一个样本的编号，
Figure 485661DEST_PATH_IMAGE037
为另一个样本的编号，
Figure 648789DEST_PATH_IMAGE038
为第
Figure 769191DEST_PATH_IMAGE036
个样本和第
Figure 283349DEST_PATH_IMAGE037
个样本的一阶拟合差异值，
Figure 147400DEST_PATH_IMAGE039
为第
Figure 368297DEST_PATH_IMAGE036
个样本和第
Figure 925180DEST_PATH_IMAGE037
个样本的二阶拟合差异值，
Figure 159590DEST_PATH_IMAGE040
为第
Figure 624070DEST_PATH_IMAGE036
个样本的一阶拟合系数，
Figure 496211DEST_PATH_IMAGE041
为第
Figure 427258DEST_PATH_IMAGE037
个样本的一阶拟合系数，
Figure 447166DEST_PATH_IMAGE042
第
Figure 653020DEST_PATH_IMAGE036
个样本的二阶拟合系数，
Figure 645246DEST_PATH_IMAGE043
为第
Figure 543932DEST_PATH_IMAGE037
个样本的二阶拟合系数；
根据公式
Figure 988820DEST_PATH_IMAGE044
，计算第
Figure 499829DEST_PATH_IMAGE036
个样本和第
Figure 612142DEST_PATH_IMAGE037
个样本的一阶匹配度
Figure 416150DEST_PATH_IMAGE045
根据公式
Figure 613913DEST_PATH_IMAGE046
，计算第
Figure 161569DEST_PATH_IMAGE036
个样本和第
Figure 128388DEST_PATH_IMAGE037
个样本的二阶匹配度；
其中，
Figure 103297DEST_PATH_IMAGE047
为第
Figure 788356DEST_PATH_IMAGE036
个样本和第
Figure 638238DEST_PATH_IMAGE037
个样本的一阶匹配度，
Figure 459564DEST_PATH_IMAGE048
为第
Figure 74216DEST_PATH_IMAGE036
个样本和第
Figure 777730DEST_PATH_IMAGE037
个样本的二阶匹配度，
Figure 870451DEST_PATH_IMAGE038
为一阶拟合差异值，
Figure 811862DEST_PATH_IMAGE039
为二阶拟合差异值，
Figure 128574DEST_PATH_IMAGE049
为一阶拟合差异值的最大值，
Figure 12392DEST_PATH_IMAGE050
为二阶拟合差异值的最大值；
根据公式
Figure 705542DEST_PATH_IMAGE051
，计算一阶拟合差异系数；
根据公式
Figure 501459DEST_PATH_IMAGE052
，计算二阶拟合差异系数；
其中，
Figure 254652DEST_PATH_IMAGE053
为一阶拟合差异系数，
Figure 136020DEST_PATH_IMAGE054
为二阶拟合差异系数，
Figure 367281DEST_PATH_IMAGE055
为预设的一阶匹配度阈值，
Figure 17705DEST_PATH_IMAGE056
为预设的二阶匹配度阈值。
9.根据权利要求8所述的微机电惯性器件的配对筛选方法，其特征在于，所述配对筛选方法还包括：
当
Figure 941799DEST_PATH_IMAGE057
且
Figure 74578DEST_PATH_IMAGE058
时，确定第
Figure 109530DEST_PATH_IMAGE036
个样本和第
Figure 614461DEST_PATH_IMAGE037
个样本匹配成功；否则匹配失败；
根据公式
Figure 709456DEST_PATH_IMAGE059
，计算全部配对组合的二阶匹配度均值；
其中，
Figure 768678DEST_PATH_IMAGE060
为全部配对组合的二阶匹配度均值，k为配对组合的编号，
Figure 341742DEST_PATH_IMAGE061
为包括第k个配对组合中两个样本的二阶匹配度，
Figure 966759DEST_PATH_IMAGE062
为配对组合的组合数量；
根据公式
Figure 734120DEST_PATH_IMAGE063
，计算二阶匹配度标准差；
根据公式
Figure 811797DEST_PATH_IMAGE064
，确定配对样本；
其中，
Figure 454131DEST_PATH_IMAGE065
为预设阈值，且
Figure 933654DEST_PATH_IMAGE066
。
10.根据权利要求9所述的微机电惯性器件的配对筛选方法，其特征在于，
Figure 636031DEST_PATH_IMAGE067
，
Figure 201004DEST_PATH_IMAGE068
；
其中，
Figure 319133DEST_PATH_IMAGE038
为一阶拟合差异值，
Figure 417277DEST_PATH_IMAGE039
为二阶拟合差异值,
Figure 290555DEST_PATH_IMAGE053
为一阶拟合差异系数，
Figure 342825DEST_PATH_IMAGE054
为二阶拟合差异系数，
Figure 61382DEST_PATH_IMAGE069
为一阶拟合差异值
Figure 515497DEST_PATH_IMAGE038
的最大值，
Figure 294097DEST_PATH_IMAGE070
为二阶拟合差异值
Figure 833663DEST_PATH_IMAGE039
的最大值。
CN202010930739.8A 2020-09-07 2020-09-07 微机电惯性器件的配对筛选方法 Active CN112113562B (zh)

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