CN113916257A - 三轴mems加计组合惯性测量单元标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法，该方法包括：获取在多个不同温度下三轴MEMS加计组合惯性测量单元在六个不同位置处的加计脉冲数输出；分别获取每个温度下的x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差；分别获取x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差；根据x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差对x加计、y加计和z加计的系统脉冲数输出进行补偿计算获取采样周期内的速度增量以完成三轴MEMS加计组合惯性测量单元的标定。应用本发明的技术方案，能够解决现有技术中无法针对仅含加计的惯性测量单元进行标定的技术问题。

Description

三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法

技术领域

本发明涉及惯性导航技术领域，尤其涉及一种三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法。

背景技术

MEMS惯性器件具有体积小、重量轻和功耗小等特点，是未来惯性器件发展的一个方向，利用MEMS惯性器件组成的MEMS惯导系统应用也越来越广泛。但很多应用场景由于成本、体积和应用方向的限制，只需要测量载体的加速度，并不关心角速率，此时可以使用仅含三轴加计的惯性测量单元。而现有技术中，常用的19位置或6位置标定方案均为含有陀螺的加计惯性测量单元，无法针对仅含加计的惯性测量单元进行标定。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明提供了一种三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法，该三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法包括：获取在多个不同温度下三轴MEMS加计组合惯性测量单元在六个不同位置处的加计脉冲数输出；根据在多个不同温度下三轴MEMS加计组合惯性测量单元在六个不同位置处的加计脉冲数输出分别获取每个温度下的x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差；根据在多个不同温度下的x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差分别获取x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差；根据x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差对x加计、y加计和z加计的系统脉冲数输出进行补偿计算获取采样周期内的速度增量以完成三轴MEMS加计组合惯性测量单元的标定。

进一步地，六个不同位置依次为：加计组合惯性测量单元的XYZ轴依次指向东地北向、北天东向、南东天向、西北地向、天西南向和地南西向。

进一步地，对于多个温度中的任一温度，根据

获取x加计的标度因数、零偏和安装误差，根据

获取y加计的标度因数、零偏和安装误差，根据

获取z加计的标度因数、零偏和安装误差，其中，N_ax1至N_ax6依次为在东地北向、北天东向、南东天向、西北地向、天西南向和地南西向的x加计脉冲数输出平均值，单位为脉冲数；K_ax0为x加计的零偏，单位为脉冲数/s；kayx＝K_ax1×S_ax，kazx＝K_ax2×S_ax，K_ax1和K_ax2分别为x加计相对于y方向和z方向的安装误差，单位为rad；S_ax为x加计的标度因数，单位为(脉冲数/s)/g，g为当地重力加速度；N_ay1至N_ay6依次为在东地北向、北天东向、南东天向、西北地向、天西南向和地南西向的y加计脉冲数输出平均值；K_ay0为y加计的零偏；kaxy＝K_ay1×S_ay，kazy＝K_ay2×S_ay，K_ay1和K_ay2分别为y加计相对于x方向和z方向的安装误差；S_ay为y加计的标度因数；N_az1至N_az6依次为在东地北向、北天东向、南东天向、西北地向、天西南向和地南西向的z加计脉冲数输出平均值；K_az0为z加计的零偏；kaxz＝K_az1×S_az，kayz＝K_az2×S_az，K_az1和K_az2分别为z加计相对于x方向和y方向的安装误差；S_az为z加计的标度因数。

进一步地，根据每个温度下的x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差获取x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差包括：3.1)根据每个温度下的x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差获取x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差的温度补偿模型的拟合系数；3.2)根据x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差的温度补偿模型的拟合系数获取x加计、y加计和z加计的经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差。

进一步地，步骤3.1)包括：根据

获取x加计、y加计和z加计的温度补偿模型的拟合系数，其中，i＝1,2,3，j＝1,2,3,4，i＝1表示x加计，i＝2表示y加计，i＝3表示z加计，j＝1表示标度因数，j＝2表示零偏；在i＝1时，j＝3表示x加计相对于y方向的安装误差，j＝4表示x加计相对于z方向的安装误差；在i＝2时，j＝3表示y加计相对于x方向的安装误差，j＝4表示y加计相对于z方向的安装误差；在i＝3时，j＝3表示z加计相对于x方向的安装误差，j＝4表示z加计相对于y方向的安装误差；a_{0 ij}、a_{1 ij}、a_{2 ij}、a_{3 ij}、a_{4 ij}分别表示第i个加计第j个标定参数的温度补偿模型的第一至第四拟合系数；

T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆、T₇、T₈分别表示第一至第八温度；

y_{ij_1}、y_{ij_2}、y_{ij_3}、y_{ij_4}、y_{ij_5}、y_{ij_6}、y_{ij_7}、y_{ij_8}分别表示第一至第八温度下第i个加计的第j个标定参数。

进一步地，步骤3.2)包括：根据y_ij(T)＝a_{0 ij}+a_{1 ij}T_i+a_{2 ij}T_i ²+a_{3 ij}T_i ³+a_{4 ij}T_i ⁴获取x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差，其中，y_ij分别表示第i个加计的经温度补偿后的第j个标定参数；

T_{i_1}、T_{i_2}、T_{i_3}、T_{i_4}、T_{i_5}、T_{i_6}、T_{i_7}、T_{i_8}分别表示在第一至第八温度下第i个加计的有效温度平均值。

进一步地，根据x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差对x加计、y加计和z加计的系统脉冲数输出进行补偿计算获取采样周期内的速度增量包括：4.1)根据x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数和零偏对加计系统脉冲数输出进行补偿；4.2)根据x加计、y加计和z加计经温度补偿后的安装误差通过迭代算法对加计系统脉冲数输出进行补偿以获取最终补偿后的x加速度、y加速度和z加速度；4.3)根据最终补偿后的x加速度、y加速度和z加速度获取采样周期内的速度增量以完成三轴MEMS加计组合惯性测量单元的标定。

进一步地，步骤4.1)包括：根据

对加计系统脉冲数输出补偿加计零偏，并进行标度因数转换，其中，a_ax、a_ay和a_az分别表示经补偿加计零偏并转换标度因数后的x加速度、y加速度和z加速度，单位为g；N_ax为x加计的系统脉冲数输出，N_ay为y加计的系统脉冲数输出，N_azz加计的系统脉冲数输出，T_cy为加计系统脉冲数输出的采样频率，S′_ax表示y₁₁；S′_ay表示y₂₁；S′_az表示y₃₁；K′_ax0表示y₁₂；K′_ay0表示y₂₂；K′_az0表示y₃₂。

进一步地，步骤4.2)包括：根据

对加计系统脉冲数输出进行补偿，其中，K′_ax1表示y₁₃；K′_ax2表示y₁₄；K′_ay1表示y₂₃；K′_ay2表示y₂₄；K′_az1表示y₃₃；K′_az2表示y₃₄；a_x、a_y和a_z分别表示最终补偿后的x加速度、y加速度和z加速度，单位为g。

进一步地，步骤4.3)包括：根据

获取采样周期内的速度增量，其中，dV为采样周期内的速度增量，单位为m/s。

应用本发明的技术方案，提供了一种三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法，该三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法通过获取x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差对x加计、y加计和z加计的系统脉冲数输出进行补偿，能够实现对三轴MEMS加计组合测量单元的精确标定。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中无法针对仅含加计的惯性测量单元进行标定的技术问题。

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示出了根据本发明的具体实施例提供的三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法的流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法，该三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法包括：获取在多个不同温度下三轴MEMS加计组合惯性测量单元在六个不同位置处的加计脉冲数输出；根据在多个不同温度下三轴MEMS加计组合惯性测量单元在六个不同位置处的加计脉冲数输出分别获取每个温度下的x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差；根据在多个不同温度下的x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差分别获取x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差；根据x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差对x加计、y加计和z加计的系统脉冲数输出进行补偿计算获取采样周期内的速度增量以完成三轴MEMS加计组合惯性测量单元的标定。

应用此种配置方式，提供了一种三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法，该三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法通过获取x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差对x加计、y加计和z加计的系统脉冲数输出进行补偿，能够实现对三轴MEMS加计组合测量单元的精确标定。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中无法针对仅含加计的惯性测量单元进行标定的技术问题。

在本发明中，为了实现三轴MEMS加计组合惯性测量单元的标定，首先获取在多个不同温度下三轴MEMS加计组合惯性测量单元在六个不同位置处的加计脉冲数输出。

作为本发明的一个具体实施例，获取在多个不同温度下三轴MEMS加计组合惯性测量单元在六个不同位置处的加计脉冲数输出具体包括：

1.1)将加计组合惯性测量单元安装在带恒温箱的转台上，设置恒温箱处于第一温度。在该实施例中，可通过标定工装将加计组合惯性测量单元安装在带恒温箱的转台上，以此实现对加计组合的温度控制。在该实施例中，对加计组合惯性测量单元的安装还包括将加计组合惯性测量单元连接至测试电缆，并检查加计组合惯性测量单元设置是否正确，调整转台为水平状态。通过上述安装处理可以保证后续测试数据的正确性。

1.2)调整转台使得加计组合惯性测量单元的X、Y和Z轴分别指向东向、地向和北向，加计组合惯性测量单元上电。在该实施例中，通过调整转台使得加计组合测量单元处于第一位置以对加计组合测量单元进行校准，便于后续数据的准确测量。

1.3)待加计组合惯性测量单元输出稳定后，按预设采样周期和采样时长采集加速度计的脉冲数输出和加计有效温度。在该实施例中，可通过启动计算机采样程序对加速度计的脉冲数输出和加计有效温度进行采集。采样周期和采样时长可根据实际标定需要进行调整，例如采样周期可设置为5ms，采样时长可设置为60s。在具体实施例中，采样周期可以设置为5、8、10或15ms等，采样时长可以设置为50、60、65或70s等。在该实施例中，加计有效温度以试验时实际测试为准。在后续计算中通过求取在采样时长中多次采集的加速度计的脉冲数输出的平均值和加计有效温度的平均值进行计算。

1.4)依次调整转台使得加计组合惯性测量单元的X、Y和Z轴依次指向北天东向、南东天向、西北地向、天西南向和地南西向，在每次调整加计组合惯性测量单元的位置后等待加计组合惯性测量单元输出稳定，按预设采样周期和采样时长采集加速度计的脉冲数输出和加计有效温度。

在该实施例中，通过对加计组合惯性测量单元位置的调整可获取加计组合惯性测量单元在不同位置处的脉冲数输出，以此为基础进行三轴MEMS加计组合惯性测量单元的标定。在该实施例中，加计组合惯性测量单元的六个位置依次设置为东地北向、北天东向、南东天向、西北地向、天西南向和地南西向，如表1所示。

表1 同一温度下加计组合惯性测量单元的六个位置试验表

1.5)加计组合惯性测量单元断电。

1.6)依次调整恒温箱处于第二温度至第n温度，在每次调整恒温箱的温度后重复步骤1.2)至步骤1.5)，直至完成全部温度下的加计脉冲数输出和加计有效温度的采集，n为整数。在该实施例中，为了提高三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定精度，恒温箱的温度调整可设置为八组，从第一温度至第八温度可依次设置为75℃、60℃、40℃、25℃、10℃、-5℃、-20℃和-40℃。

进一步地，在本发明中，在获取在多个不同温度下三轴MEMS加计组合惯性测量单元在六个不同位置处的加计脉冲数输出后，根据在多个不同温度下三轴MEMS加计组合惯性测量单元在六个不同位置处的加计脉冲数输出分别获取每个温度下的x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差。

作为本发明的一个具体实施例，对步骤一中设置的多个温度中的任一温度，均通过标定参数分离获取该温度下的x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差。

其中，对于x加计，根据模型方程

获取x加计的标度因数、零偏和安装误差，其中，N_ax1至N_ax6依次为在东地北向、北天东向、南东天向、西北地向、天西南向和地南西向的x加计脉冲数输出平均值，单位为脉冲数；K_ax0为x加计的零偏，单位为脉冲数/s；kayx＝K_ax1×S_ax，kazx＝K_ax2×S_ax，K_ax1和K_ax2分别为x加计相对于y方向和z方向的安装误差，单位为rad；S_ax为x加计的标度因数，单位为(脉冲数/s)/g，g为当地重力加速度。

在该实施例的计算过程中，可将上述公式写成矩阵形式为

其中，

则参数向量

的最佳估值为

同样的，对y加计，根据模型方程

获取y加计的标度因数、零偏和安装误差，其中，N_ay1至N_ay6依次为在东地北向、北天东向、南东天向、西北地向、天西南向和地南西向的y加计脉冲数输出平均值，单位为脉冲数；K_ay0为y加计的零偏，单位为脉冲数/s；kaxy＝K_ay1×S_ay，kazy＝K_ay2×S_ay，K_ay1和K_ay2分别为y加计相对于x方向和z方向的安装误差，单位为rad；S_ay为y加计的标度因数，单位为(脉冲数/s)/g。

在该实施例的计算过程中，可将上述公式写成矩阵形式为

其中，

则参数向量

的最佳估值为

同样的，对z加计，根据模型方程

获取z加计的标度因数、零偏和安装误差，其中，N_az1至N_az6依次为在东地北向、北天东向、南东天向、西北地向、天西南向和地南西向的z加计脉冲数输出平均值，单位为脉冲数；K_az0为z加计的零偏，单位为脉冲数/s；kaxz＝K_az1×S_az，kayz＝K_az2×S_az，K_az1和K_az2分别为z加计相对于x方向和y方向的安装误差，单位为rad；S_az为z加计的标度因数，单位为(脉冲数/s)/g。

在该实施例的计算过程中，可将上述公式写成矩阵形式为

其中，

则参数向量

的最佳估值为

此外，在本发明中，在获取每个温度下的x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差后，根据在多个不同温度下的x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差获取x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差。

进一步地，在本发明中，根据在多个不同温度下的x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差获取x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差包括：

3.1)根据在多个不同温度下的x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差获取x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差的温度补偿模型的拟合系数。

作为本发明的一个具体实施例，步骤3.1)具体包括：根据

获取x加计、y加计和z加计的温度补偿模型的拟合系数，其中，i＝1,2,3，j＝1,2,3,4，i＝1表示x加计，i＝2表示y加计，i＝3表示z加计，j＝1表示标度因数，j＝2表示零偏；在i＝1时，j＝3表示x加计相对于y方向的安装误差，j＝4表示x加计相对于z方向的安装误差；在i＝2时，j＝3表示y加计相对于x方向的安装误差，j＝4表示y加计相对于z方向的安装误差；在i＝3时，j＝3表示z加计相对于x方向的安装误差，j＝4表示z加计相对于y方向的安装误差；a_{0 ij}、a_{1 ij}、a_{2 ij}、a_{3 ij}、a_{4 ij}分别表示第i个加计第j个标定参数的温度补偿模型的第一至第四拟合系数；

T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆、T₇、T₈分别表示第一至第八温度；

y_{ij_1}、y_{ij_2}、y_{ij_3}、y_{ij_4}、y_{ij_5}、y_{ij_6}、y_{ij_7}、y_{ij_8}分别第一至第八温度下第i个加计的第j个标定参数。在该实施例中，第一至第八温度分别为75℃、60℃、40℃、25℃、10℃、-5℃、-20℃和-40℃。

具体可举例，a_{0 11}、a_{1 11}、a_{2 11}、a_{3 11}、a_{4 11}分别表示x加计标度因数的温度补偿模型的第一至第四拟合系数；y_{11_1}、y_{11_2}、y_{11_3}、y_{11_4}、y_{11_5}、y_{11_6}、y_{11_7}、y_{11_8}分别表示步骤二中获取的75℃、60℃、40℃、25℃、10℃、-5℃、-20℃、-40℃下x加计的标度因数。

3.2)根据x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差的温度补偿模型的拟合系数获取x加计、y加计和z加计的经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差。

作为本发明的一个具体实施例，步骤3.2)具体包括：根据y_ij(T)＝a_{0 ij}+a_{1 ij}T_i+a_{2 ij}T_i ²+a_{3 ij}T_i ³+a_{4 ij}T_i ⁴获取x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差，其中，y_ij分别表示第i个加计的经温度补偿后的第j个标定参数；

T_{i_1}、T_{i_2}、T_{i_3}、T_{i_4}、T_{i_5}、T_{i_6}、T_{i_7}、T_{i_8}分别表示在第一至第八温度下第i个加计的有效温度平均值。具体可举例，y₁₁分别表示x加计的经温度补偿后的标度因数，T_{1_1}表示在75℃下x加计的有效温度平均值。

此外，在本发明中，在获取x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差后，根据x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差对x加计、y加计和z加计的脉冲数输出进行补偿计算获取采样周期内的速度增量以完成三轴MEMS加计组合惯性测量单元的标定。

进一步地，在本发明中，根据x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差对x加计、y加计和z加计的系统脉冲数输出进行补偿计算获取采样周期内的速度增量具体包括：

4.1)根据x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数和零偏对加计脉冲数输出进行补偿。

作为本发明的一个具体实施例，根据

对加计脉冲数输出补偿加计零偏，并进行标度因数转换，其中，a_ax、a_ay和a_az分别表示经补偿加计零偏并转换标度因数后的x加速度、y加速度和z加速度，单位为g；N_ax为x加计的系统脉冲数输出，N_ay为y加计的系统脉冲数输出，N_azz加计的系统脉冲数输出，T_cy为加计系统脉冲数输出的采样频率，S′_ax表示y₁₁，即x加计的经温度补偿后的标度因数；S_′ay表示y₂₁，即y加计的经温度补偿后的标度因数；S′_az表示y₃₁，即z加计的经温度补偿后的标度因数；K′_ax0表示y₁₂，即x加计的经温度补偿后的零偏；K′_ay0表示y₂₂，即y加计的经温度补偿后的零偏；K′_az0表示y₃₂，即z加计的经温度补偿后的零偏。在本发明中，x加计、y加计和z加计的系统脉冲数输出可以是标定时的脉冲数输出，也可以是用户使用过程中的脉冲数输出。通过上述公式可根据经温度补偿后的标度因数和零偏对任意情况下输出的脉冲数进行补偿，以得到角速率加速度。

4.2)根据x加计、y加计和z加计经温度补偿后的安装误差通过迭代算法对加计系统脉冲数输出进行补偿以获取最终补偿后的x加速度、y加速度和z加速度。在本发明中，迭代次数可根据需要进行调整。

作为本发明的一个具体实施例，迭代次数可设置为三次，迭代初值设置为零，三次迭代能够保证在尽量少的运算量的同时保证补偿精度。具体地，可根据

对加计系统脉冲数输出进行补偿，其中，K′_ax1表示y₁₃，即x加计相对于y方向的安装误差；K′_ax2表示y₁₄，即x加计相对于z方向的安装误差；K′_ay1表示y₂₃，即y加计相对于x方向的安装误差；K′_ay2表示y₂₄，即y加计相对于z方向的安装误差；K′_az1表示y₃₃，即z加计相对于x方向的安装误差；K′_az2表示y₃₄，即z加计相对于y方向的安装误差；a_x、a_y和a_z分别表示最终补偿后的x加速度、y加速度和z加速度，单位为g。

4.3)根据最终补偿后的x加速度、y加速度和z加速度获取采样周期内的速度增量以完成三轴MEMS加计组合惯性测量单元的标定。

作为本发明的一个具体实施例，可根据

获取采样周期内的速度增量，其中，dV为采样周期内的速度增量，单位为m/s。

本发明的三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法，针对仅包含三轴MEMS加计组合的惯性测量单元进行标定补偿，标定方法中不涉及角速率，能够减少标定补偿的计算量，同时保证了三轴加速度计组合的精确标定以及使用过程中的测量精度。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1对本发明的三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法进行详细说明。

如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法，该三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法具体包括以下步骤。

步骤一，获取在八组不同温度下三轴MEMS加计组合惯性测量单元在六个不同位置处的加计脉冲数输出。

步骤二，对八组不同温度中的任一温度，均通过标定参数分离获取x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差。其中，对八组不同温度中的任一温度，

根据

获取x加计的标度因数、零偏和安装误差；根据

获取y加计的标度因数、零偏和安装误差；根据

获取z加计的标度因数、零偏和安装误差。、

步骤3.1)，根据

获取x加计、y加计和z加计的温度补偿模型的拟合系数。

步骤3.2)，根据y_ij(T)＝a_{0 ij}+a_{1 ij}T_i+a_{2 ij}T_i ²+a_{3 ij}T_i ³+a_{4 ij}T_i ⁴获取x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差。

步骤4.1)，根据

对加计系统脉冲数输出补偿加计零偏，并进行标度因数转换。

步骤4.2)，根据

对加计系统脉冲数输出进行补偿。

步骤4.3)，根据

获取采样周期内的速度增量以完成三轴MEMS加计组合惯性测量单元的标定。

综上所述，本发明提供了一种三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法，该三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法通过获取x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差对x加计、y加计和z加计的系统脉冲数输出进行补偿，能够实现对三轴MEMS加计组合测量单元的精确标定。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中无法针对仅含加计的惯性测量单元进行标定的技术问题。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法，其特征在于，所述三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法包括：

获取在多个不同温度下三轴MEMS加计组合惯性测量单元在六个不同位置处的加计脉冲数输出；

根据所述在多个不同温度下三轴MEMS加计组合惯性测量单元在六个不同位置处的加计脉冲数输出分别获取每个温度下的x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差；

根据所述在多个不同温度下的x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差分别获取x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差；

根据所述x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差对x加计、y加计和z加计的系统脉冲数输出进行补偿计算获取采样周期内的速度增量以完成三轴MEMS加计组合惯性测量单元的标定。

2.根据权利要求1所述的三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法，其特征在于，所述六个不同位置依次为：加计组合惯性测量单元的XYZ轴依次指向东地北向、北天东向、南东天向、西北地向、天西南向和地南西向。

3.根据权利要求1或2所述的三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法，其特征在于，对于多个温度中的任一温度，根据

获取x加计的标度因数、零偏和安装误差，根据

获取y加计的标度因数、零偏和安装误差，根据

获取z加计的标度因数、零偏和安装误差，其中，N_ax1至N_ax6依次为在东地北向、北天东向、南东天向、西北地向、天西南向和地南西向的x加计脉冲数输出平均值，单位为脉冲数；K_ax0为x加计的零偏，单位为脉冲数/s；kayx＝K_ax1×S_ax，kazx＝K_ax2×S_ax，K_ax1和K_ax2分别为x加计相对于y方向和z方向的安装误差，单位为rad；S_ax为x加计的标度因数，单位为(脉冲数/s)/g，g为当地重力加速度；N_ay1至N_ay6依次为在东地北向、北天东向、南东天向、西北地向、天西南向和地南西向的y加计脉冲数输出平均值；K_ay0为y加计的零偏；kaxy＝K_ay1×S_ay，kazy＝K_ay2×S_ay，K_ay1和K_ay2分别为y加计相对于x方向和z方向的安装误差；S_ay为y加计的标度因数；N_az1至N_az6依次为在东地北向、北天东向、南东天向、西北地向、天西南向和地南西向的z加计脉冲数输出平均值；K_az0为z加计的零偏；kaxz＝K_az1×S_az，kayz＝K_az2×S_az，K_az1和K_az2分别为z加计相对于x方向和y方向的安装误差；S_az为z加计的标度因数。

4.根据权利要求3所述的三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法，其特征在于，根据所述在多个不同温度下的x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差获取x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差包括：

3.1)根据所述在多个不同温度下的x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差分别获取x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差的温度补偿模型的拟合系数；

3.2)根据x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差的温度补偿模型的拟合系数获取x加计、y加计和z加计的经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差。

5.根据权利要求4所述的三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法，其特征在于，所述步骤3.1)包括：根据

获取x加计、y加计和z加计的标度因数、零偏和安装误差的温度补偿模型的拟合系数，其中，i＝1,2,3，j＝1,2,3,4，i＝1表示x加计，i＝2表示y加计，i＝3表示z加计，j＝1表示标度因数，j＝2表示零偏；在i＝1时，j＝3表示x加计相对于y方向的安装误差，j＝4表示x加计相对于z方向的安装误差；在i＝2时，j＝3表示y加计相对于x方向的安装误差，j＝4表示y加计相对于z方向的安装误差；在i＝3时，j＝3表示z加计相对于x方向的安装误差，j＝4表示z加计相对于y方向的安装误差；a_{0 ij}、a_{1 ij}、a_{2 ij}、a_{3 ij}、a_{4 ij}分别表示第i个加计第j个标定参数的温度补偿模型的第一至第四拟合系数；T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆、T₇、T₈分别表示第一至第八温度；y_{ij_1}、y_{ij_2}、y_{ij_3}、y_{ij_4}、y_{ij_5}、y_{ij_6}、y_{ij_7}、y_{ij_8}分别表示第一至第八温度下第i个加计的第j个标定参数。

6.根据权利要求5所述的三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法，其特征在于，所述步骤3.2)包括：根据y_ij(T)＝a_{0 ij}+a_{1 ij}T_i+a_{2 ij}T_i ²+a_{3 ij}T_i ³+a_{4 ij}T_i ⁴获取x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差，其中，y_ij分别表示第i个加计的经温度补偿后的第j个标定参数；

T_{i_1}、T_{i_2}、T_{i_3}、T_{i_4}、T_{i_5}、T_{i_6}、T_{i_7}、T_{i_8}分别表示在第一至第八温度下第i个加计的有效温度平均值。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法，其特征在于，根据所述x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数、零偏和安装误差对x加计、y加计和z加计的系统脉冲数输出进行补偿计算获取采样周期内的速度增量包括：

4.1)根据x加计、y加计和z加计经温度补偿后的标度因数和零偏对加计系统脉冲数输出进行补偿；

4.2)根据x加计、y加计和z加计经温度补偿后的安装误差通过迭代算法对加计系统脉冲数输出进行补偿以获取最终补偿后的x加速度、y加速度和z加速度；

4.3)根据所述最终补偿后的x加速度、y加速度和z加速度获取采样周期内的速度增量以完成三轴MEMS加计组合惯性测量单元的标定。

8.根据权利要求7所述的三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法，其特征在于，所述步骤4.1)包括：根据

对加计系统脉冲数输出补偿加计零偏并进行标度因数转换，其中，a_ax、a_ay和a_az分别表示经补偿加计零偏并转换标度因数后的x加速度、y加速度和z加速度，单位为g；N_ax为x加计的系统脉冲数输出，N_ay为y加计的系统脉冲数输出，N_azz加计的系统脉冲数输出，T_cy为加计系统脉冲数输出的采样频率，S′_ax表示y₁₁；S′_ay表示y₂₁；S′_az表示y₃₁；K′_ax0表示y₁₂；K′_ay0表示y₂₂；K′_az0表示y₃₂。

9.根据权利要求8所述的三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法，其特征在于，所述步骤4.2)包括：根据

对加计系统脉冲数输出进行补偿，其中，K′_ax1表示y₁₃；K′_ax2表示y₁₄；K′_ay1表示y₂₃；K′_ay2表示y₂₄；K′_az1表示y₃₃；K′_az2表示y₃₄；a_x、a_y和a_z分别表示最终补偿后的x加速度、y加速度和z加速度，单位为g。

10.根据权利要求9所述的三轴MEMS加计组合惯性测量单元标定方法，其特征在于，所述步骤4.3)包括：根据

获取采样周期内的速度增量，其中，dV为采样周期内的速度增量，单位为m/s。

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