CN113295887A - 一种微机电三轴加速度计交叉耦合系数快速标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微机电三轴加速度计交叉耦合系数快速标定测试方法，主要实现步骤为：将微机电三轴加速度计通过高精度标定测试工装，安装到三轴转台上，设计加速度计标定位置编排方案为六位置标定测试方法；建立准确的加速度计误差模型，通过误差模型计算加速度计的标度因数、零位和交叉耦合系数。针对现有技术标定时间长、操作繁琐、计算复杂的缺点，该方法简单、快速，极大提高生产效率。

Description

一种微机电三轴加速度计交叉耦合系数快速标定方法

技术领域

本发明涉及一种微机电三轴加速度计交叉耦合系数快速标定测试方法，特别适用于小体积MEMS三轴加速度计交叉耦合系数的标定，属于惯性测量单元技术领域，可适用于快速标定三轴加速度计的场合。

背景技术

MEMS加速度计是采用微机电(Micro Electro-Mechanical System，MEMS)技术设计的惯性器件，由它们构成的惯性测量单元测量载体相对惯性空间的角速度和加速度，能够自主、连续、实时提供位置、速度和姿态信息，具有隐蔽性好，不受气候条件限制，无信号丢失，不受干扰等优点，在国民经济和国防安全等众多领域有重要的用途。

微机电三轴加速度计是一个MEMS芯片，里面包含了三个正交设置的加速度计，微机电三轴加速度计是惯性测量单元的核心部件，它的精度决定了MIMU的测量精度，MIMU误差源中确定性的系统误差占总误差的绝大部分，因此，对确定性的系统误差进行分离、标定、补偿对提高惯性测量单元精度有决定性的作用。

目前，三轴加速度计的交叉耦合系数的标定基本采用多位置静态标定，比如8位置、12位置、24位置等多种标定方法，可以比较精确的标定加速度计交叉耦合系数，但是标定时间长，操作繁琐，计算复杂。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术标定时间长、操作繁琐、计算复杂的缺点，提出一种微机电三轴加速度计交叉耦合系数快速标定测试方法，该方法简单、快速，极大提高生产效率。

本发明的技术解决方案是：利用三轴转台，采用六位置标定下特有的误差模型来计算三轴加速度计交叉耦合系数。具体步骤如下：

【1】将微机电三轴加速度计通过高精度标定测试工装，安装到三轴转台上，设计加速度计标定位置编排方案为六位置标定测试方法，具体位置如下：

(1)位置1是X轴加速度计向上，Y轴加速度计和Z轴加速度计处于水平位置。

(2)位置2是X轴加速度计向下，Y轴加速度计和Z轴加速度计处于水平位置。

(3)位置3是Y轴加速度计向上，X轴加速度计和Z轴加速度计处于水平位置。

(4)位置4是Y轴加速度计向下，X轴加速度计和Z轴加速度计处于水平位置。

(5)位置5是Z轴加速度计向上，X轴加速度计和Y轴加速度计处于水平位置。

(6)位置6是Z轴加速度计向下，X轴加速度计和Y轴加速度计处于水平位置。

【2】建立准确的加速度计误差模型，通过误差模型计算加速度计的标度因数、零位和交叉耦合系数，具体公式如下：

每个位置下的加速度计方程如下:

式中：

l表示加速度计输出数据的平均值，k表示加速度计标度因数，m表示加速度计交叉耦合系数，b表示加速度计零位，a表示三轴转台输入的重力加速度，下标x,y,z表示三个轴向的加速度计。

六个位置下的输入重力加速度表示如下：

a₁＝[g 0 0]^T

a₂＝[-g 0 0]^T

a₃＝[0 g 0]^T

a₄＝[0 -g 0]^T

a₅＝[0 0 g]^T

a₆＝[0 0 -g]^T

六位置下的最小二乘矩阵设计为如下形式

相应的，六个位置下三轴加速度计输出平均值表示如下：

u₁＝[l_x1 l_y1 l_z1]^T _{X轴向上时}

u₂＝[l_x2 l_y2 l_z2]^T _{X轴向下时}

u₃＝[l_x3 l_y3 l_z3]^T _{Y轴向上时}

u₄＝[l_x4 l_y4 l_z4]^T _{Y轴向下时}

u₅＝[l_x5 l_y5 l_z5]^T _{Z轴向上时}

u₆＝[l_x6 l_y6 l_z6]^T _{Z轴向下时}

将这六个位置的加速度计输出数据表示为一个矩阵形式，如下：

U＝[u₁ u₂ u₃ u₄ u₅ u₆]

使用最小二乘方法，计算得到加速度计的标度因数、零位、交叉耦合系数，方程如下：

M＝U·A^T·(AA^T)^-1

本发明的优点在于：

本发明根据简单的六位置标定方法得到的加速度计测试数据，利用一种特定的最小二乘矩阵计算获得准确的微机电三轴加速度计交叉耦合系数，该方法简单、快速，极大提高生产效率。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明的六个位置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供了一种微机电三轴加速度计交叉耦合系数快速标定测试方法，下面以某种三轴微机电加速度计为例进行说明。

三轴微机电加速度计标定方法的具体流程按图1进行。

【1】将微机电三轴加速度计通过高精度标定测试工装，安装到三轴转台上，设计加速度计标定位置编排方案为六位置标定测试方法，具体位置如图2所示，这六个翻转位置的具体含义是：

(1)位置1是X轴加速度计向上，Y轴加速度计和Z轴加速度计处于水平位置。

(2)位置2是X轴加速度计向下，Y轴加速度计和Z轴加速度计处于水平位置。

(3)位置3是Y轴加速度计向上，X轴加速度计和Z轴加速度计处于水平位置。

(4)位置4是Y轴加速度计向下，X轴加速度计和Z轴加速度计处于水平位置。

(5)位置5是Z轴加速度计向上，X轴加速度计和Y轴加速度计处于水平位置。

(6)位置6是Z轴加速度计向下，X轴加速度计和Y轴加速度计处于水平位置。

【2】建立准确的加速度计误差模型，通过误差模型计算加速度计的标度因数、零位和交叉耦合系数，具体公式如下：

每个位置下的加速度计方程如下:

六位置下转台输入的最小二乘矩阵设计为如下形式

相应的，六个位置下三轴加速度计输出计算得到平均值，将这六个位置的加速度计输出数据表示为一个矩阵形式，如下：

使用最小二乘方法，计算得到加速度计的标度因数、零位、交叉耦合系数，方程如下：

M＝U·A^T·(AA^T)^-1

以上对本发明所提供的一种微机电加速度计交叉耦合系数快速标定测试方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的具体实施过程及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (1)

1.一种微机电三轴加速度计交叉耦合系数快速标定测试方法，其特征在于步骤如下：

【1】将微机电三轴加速度计通过高精度标定测试工装，安装到三轴转台上，设计加速度计标定位置编排方案为六位置标定测试方法，具体位置如下：

(1)位置1是X轴加速度计向上，Y轴加速度计和Z轴加速度计处于水平位置。

(2)位置2是X轴加速度计向下，Y轴加速度计和Z轴加速度计处于水平位置。

(3)位置3是Y轴加速度计向上，X轴加速度计和Z轴加速度计处于水平位置。

(4)位置4是Y轴加速度计向下，X轴加速度计和Z轴加速度计处于水平位置。

(5)位置5是Z轴加速度计向上，X轴加速度计和Y轴加速度计处于水平位置。

(6)位置6是Z轴加速度计向下，X轴加速度计和Y轴加速度计处于水平位置。

【2】建立准确的加速度计误差模型，通过误差模型计算加速度计的标度因数、零位和交叉耦合系数，具体公式如下：

每个位置下的加速度计方程如下:

式中：

l表示加速度计输出数据的平均值，k表示加速度计标度因数，m表示加速度计交叉耦合系数，b表示加速度计零位，a表示三轴转台输入的重力加速度，下标x,y,z表示三个轴向的加速度计。

六个位置下的输入重力加速度表示如下：

a₁＝[g 0 0]^T

a₂＝[-g 0 0]^T

a₃＝[0 g 0]^T

a₄＝[0 -g 0]^T

a₅＝[0 0 g]^T

a₆＝[0 0 -g]^T

六位置下的最小二乘矩阵设计为如下形式

相应的，六个位置下三轴加速度计输出平均值表示如下：

u₁＝[l_x1 l_y1 l_z1]^T _{X轴向上时}

u₂＝[l_x2 l_y2 l_z2]^T _{X轴向下时}

u₃＝[l_x3 l_y3 l_z3]^T _{Y轴向上时}

u₄＝[l_x4 l_y4 l_z4]^T _{Y轴向下时}

u₅＝[l_x5 l_y5 l_z5]^T _{Z轴向上时}

u₆＝[l_x6 l_y6 l_z6]^T _{Z轴向下时}

将这六个位置的加速度计输出数据表示为一个矩阵形式，如下：

U＝[u₁ u₂ u₃ u₄ u₅ u₆]

使用最小二乘方法，计算得到加速度计的标度因数、零位、交叉耦合系数，方程如下：

M＝U·A^T·(AA^T)^-1。

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