CN112344927B - 一种小型化mems惯性测量系统安装误差补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种小型化MEMS惯性测量系统安装误差补偿方法，首先建立正交加速度计系，以加速度计X轴为加速度计系的X轴，以加速度计系X轴垂直面与加速度计X、Y构成平面的交线为加速度计系Y轴，加速度计系Z轴与X、Y轴成右手系。将陀螺、加速度计补偿至正交加速度计系，然后将正交加速度计系补偿至壳体系进行安装误差补偿。本发明方法在目前常用的安装误差补偿算法是将陀螺、加速度计补偿至正交加速度计系基础上，将正交加速度计系补偿至壳体系，提高了系统精度。

Description

一种小型化MEMS惯性测量系统安装误差补偿方法

技术领域

本发明涉及惯性测量系统安装误差补偿方法，具体涉及一种器件敏感轴与壳体的坐标轴相差较大时惯性测量系统安装误差补偿方法。

背景技术

小型化MEMS惯性测量系统由于体积、重量的要求，惯性敏感器件、处理器等电路需要使用胶粘的方式固连在壳体上，在胶粘过程中由于胶量大小、厚度不同，敏感器件的敏感轴与壳体坐标中并不能完全重合，偏离程度可达5°，温度变化时胶自身也会产生形变，导致全温情况下敏感器件的敏感轴也会发生变化。目前常用的补偿方法是将陀螺加速度计补偿至一个正交加速度计系(以加速度计X轴为加速度计系的X轴，以加速度计系X轴垂直面与加速度计X、Y构成平面的交线为加速度计系Y轴，加速度计系Z轴与X、Y轴成右手系)，而该系与壳体系存在较大的偏差并且全温下也会发生变化，影响系统的测量

发明内容

提出一种一种小型化MEMS惯性测量系统安装误差补偿方法，解决器件坐标系与壳体坐标系不重合问题。

本发明的技术方案：

一种小型化MEMS惯性测量系统安装误差补偿方法，步骤如下：

建立正交加速度计系，所述正交加速度计系以加速度计X轴为加速度计系的X轴，以加速度计系X轴垂直面与加速度计X、Y构成平面的交线为加速度计系Y轴，加速度计系Z轴与X、Y轴成右手系；

将陀螺、加速度计补偿至正交加速度计系；

将正交加速度计系补偿至壳体系；

进行安装误差补偿。

进一步地，将正交加速度计系补偿至壳体系，所述安装误差补偿方程为：

其中：

为s系的加速度，

为S系下加速度计的测量值，

δA为加速度计的安装误差，

为S系下的旋转角速率，

为S系下陀螺测量值，

δG为陀螺安装误差；

α、γ通过系统放置水平时X、Z的加速度计输出求得，假设系统放置水平时X加速度计输出为f_x，Z加速度计输出为f_z，则：

α＝f_x·g

γ＝f_z·g

β通过系统绕X轴转90°后的Y加速度计输出求得，假设系统绕X轴转90°,Y加速度计输出为f_y，则：

β＝f_y·g

根据α、β、γ计算 为S系b系的转换矩阵，设/>

由正交单位阵的特性以及其物理意义可列方程：

根据方程求得

对于胶粘的MEMS系统，正交加速度计系与壳体系(b系)存在较大偏差，本发明方法在目前常用的安装误差补偿算法是将陀螺、加速度计补偿至正交加速度计系基础上，将正交加速度计系补偿至壳体系，提高了系统精度。

附图说明

图1加速度计安装误差补偿；

图2陀螺安装误差补偿；

图3加速度计系与壳体系关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提出一种将器件坐标系补偿至壳体系的补偿算法，解决器件坐标系与壳体坐标系不重合问题。

1、目前常用的安装误差补偿算法

小型化MEMS惯性测量系统由于体积、重量的要求，惯性敏感器件、处理器等电路不能使用螺钉固定的方式(体积、重量不允许)，需要使用胶粘的方式固连在壳体上。

惯导系统的IMU由三只陀螺和三只加速度计正交连接在壳体上。在实际胶粘过程中由于胶量大小、厚度不同，无法做到陀螺组件坐标系和加速度计组件坐标系与壳体坐标系完全重合，存在安装误差，并且胶在温度变化时自身也会产生形变，导致全温情况安装误差会发生变化。

目前常用的安装误差补偿方法是将陀螺加速度计补偿至一个正交加速度计系S系(以加速度计X轴为加速度计系的X轴，以加速度计系X轴垂直面与加速度计X、Y构成平面的交线为加速度计系Y轴，加速度计系Z轴与X、Y轴成右手系)，加速度计安装误差补偿如图1所示：

陀螺安装误差补偿如图2所示：

陀螺、加速度计的安装误差补偿方程如下：

其中：

s系的加速度

S系下加速度计的测量值；

δA：加速度计的安装误差；

S系下的旋转角速率；

S系下陀螺测量值；

δG：陀螺安装误差。

如图所示正交加速度计系是以加速度计X轴为基准轴建立的正交坐标系，而X加速度计与壳体系存在较大的偏差并且全温下也会发生变化，所以加速度计系与壳体系并不重合并且受温度的影响。

2、改进的安装误差补偿算法

目前常用的安装误差补偿算法是将陀螺、加速度计补偿至正交加速度计系，对于胶粘的MEMS系统，正交加速度计系与壳体系(b系)存在较大偏差，有必要将正交加速度计系补偿至壳体系，提高系统精度。加速度计系与壳体系的关系如图3所示

其中α、γ可以通过系统放置水平时X、Z的加速度计输出求得，假设系统放置水平时X加速度计输出为f_x(单位：g)，Z加速度计输出为f_z(单位：g)，则：

α＝f_x·g

γ＝f_z·g

β可以通过系统绕X轴转90°后的Y加速度计输出求得，假设系统绕X轴转90°Y加速度计输出为f_y(单位：g)，则：

β＝f_y·g

根据α、β、γ计算 为S系b系的转换矩阵。设/>

由正交单位阵的特性以及其物理意义可列方程：

上述具体实施方式仅限于解释和说明本发明的技术方案，但并不能构成对权利要求保护范围的限定。本领域技术人员应当清楚，在本发明的技术方案的基础上做任何简单的变形或替换而得到的新的技术方案，均落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种小型化MEMS惯性测量系统安装误差补偿方法，其特征在于，步骤如下：

建立正交加速度计系，所述正交加速度计系以加速度计X轴为加速度计系的X轴，以加速度计系X轴垂直面与加速度计X、Y构成平面的交线为加速度计系Y轴，加速度计系Z轴与X、Y轴成右手系；

将陀螺、加速度计补偿至正交加速度计系；

将正交加速度计系补偿至壳体系；

进行安装误差补偿；

将正交加速度计系补偿至壳体系，所述安装误差补偿方程为：

其中：

为S系的加速度，

为S系下加速度计的测量值，

δA为加速度计的安装误差，

为S系下的旋转角速率，

为S系下陀螺测量值，

δG为陀螺安装误差；

α、γ通过系统放置水平时X、Z的加速度计输出求得，假设系统放置水平时X加速度计输出为f_x，Z加速度计输出为f_z，则：

α＝f_x·g

γ＝f_z·g

β通过系统绕X轴转90°后的Y加速度计输出求得，假设系统绕X轴转90°,Y加速度计输出为f_y，则：

β＝f_y·g

根据α、β、γ计算 为S系b系的转换矩阵，设/>

由正交单位阵的特性以及其物理意义可列方程：

根据方程求得