CN114459465B - 一种mems惯组方位的在线补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种MEMS惯组方位的在线补偿方法，包括以下步骤：测量MEMS惯组的正向方位误差角，代入正向标度因数误差计算公式，得出正向标度因数误差；用正向标度因数误差补偿MEMS惯组的标度因数，计算得出补偿后正向标度因数；测量MEMS惯组的反向方位误差角，代入反向标度因数误差计算公式，得出反向标度因数误差；用反向标度因数补偿MEMS惯组的标度因数，计算得出补偿后的反向标度因数；采用所述正向标度因数以及所述反向标度因数补偿标度因数非对称误差。

Description

一种MEMS惯组方位的在线补偿方法
技术领域
本发明涉及惯性检测技术领域，尤其涉及一种MEMS惯组方位的在线补偿方法。
背景技术
近年来，MEMS惯组作为惯性导航技术的重要部分，由于相比传统惯性元器件，具有尺寸小、成本低、重量轻、集成度高的优势，得到了迅猛发展，在惯性导航，工业控制，及电子消费领域得到广泛应用。但由于制造工艺、设计水平等因素，器件本身测量精度较低，往往不能满足实际使用需求，严重制约了MEMS惯组的发展和应用。无限制追求更高精度，更加稳定的惯性器件会对现有器件加工提出极高甚至不能完成的要求，一定会引起系统成本的急剧提高，所以实现在已有器件精度基础上进行在线误差补偿，进一步提高MEMS惯组使用精度是必要的。
MEMS惯组标度因数不可能标定得绝对准确，实际系统中总存在着标度因数误差。另外由于原理、工艺等原因，一般标度因数还存在不对称性，这是导致MEMS惯组正转及反转360°方位都不闭合且不闭合角度不同的主要原因。在实际的使用过程中，一般忽略这种不对称性，或者把标度因数直接取为正向标度因数和反向标度因数的平均值，这会引起一定的方位误差。并且基于国军标的陀螺标度因数非对称性器件级测试方法，需要将陀螺放置于转台进行正反向旋转测试，标度流程较为复杂，对操作设备有一定要求。
发明内容
针对目前MEMS惯组器件正转及反转方位不闭合且不闭合角度不同的问题，本发明提供MEMS惯组方位的在线补偿方法，进一步提高MEMS惯组方位的有效使用精度，并且标度流程简单，无需复杂测试台。
为达到上述目的，本发明提供了一种MEMS惯组方位的在线补偿方法，包括以下步骤：
测量MEMS惯组的正向方位误差角，由正向标度因数误差计算公式计算得出正向标度因数误差；
用正向标度因数误差补偿MEMS惯组的标度因数，计算得出补偿后正向标度因数；
测量MEMS惯组的反向方位误差角，由反向标度因数误差计算公式计算得出反向标度因数误差；
用反向标度因数误差补偿MEMS惯组的标度因数，计算得出补偿后的反向标度因数；
采用所述正向标度因数以及所述反向标度因数补偿标度因数非对称性误差。
进一步地，得到正向标度因数的误差，包括：
将MEMS惯组靠紧竖直墙面，正转360°，得到正向方位误差角Δθ1，
计算得出正向标度因数误差K1：
进一步地，计算得出补偿后正向标度因数S(+)：
S(+)＝S(1-K1)，
其中K1为正向标度因数误差，S为MEMS惯组的标度因数。
进一步地，得到反向标度因数的误差，包括：
将MEMS惯组靠紧竖直墙面，反转360°，得到反向方位误差角Δθ2，
计算得出反向标度因数误差K2：
。
进一步地，计算得出补偿后反向标度因数S(-)：
S(-)＝S(1-K2)，
其中K2为反向标度因数误差，S为MEMS惯组的标度因数。
进一步地，当MEMS惯组绕其输入轴正向旋转时，MEMS输入输出线性模型中使用正向标度因数作为MEMS惯组的标度因数；当MEMS惯组绕其输入轴反向旋转时，MEMS输入输出线性模型中使用反向标度因数作为MEMS惯组的标度因数。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
(1)本发明通过利用正向标度因数补偿公式、反向标度因数补偿公式，计算得出补偿后的正向标度因数、反向标度因数，可在线补偿标度因数非对称误差，解决MEMS方位不闭合的问题。
(2)本发明MEMS惯组方位的在线补偿方法，无须拆分器件，在不增加系统成本的条件下，进行器件级补偿，使得MEMS惯组的方位有效使用精度进一步提高。
附图说明
图1是MEMS惯组方位的在线补偿流程图；
图2是MEMS惯组靠紧竖直墙面正转360°的示意图；
图3是MEMS惯组靠紧竖直墙面反转360°的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
由图1可知，提供一种MEMS惯组方位的在线补偿方法，包括以下步骤：
测量MEMS惯组的正向方位误差角，代入正向标度因数误差计算公式，得出正向标度因数误差；用正向标度因数误差补偿MEMS惯组的标度因数，计算得出补偿后正向标度因数；测量MEMS惯组的反向方位误差角，代入反向标度因数误差计算公式，得出反向标度因数误差；用反向标度因数误差补偿MEMS惯组的标度因数，计算得出补偿后的反向标度因数；采用所述正向标度因数以及所述反向标度因数补偿标度因数非对称性误差。
一方面，要得到正向标度因数的误差，将MEMS惯组靠紧竖直墙面，正转360°，得到正向方位误差角Δθ1。具体如图2所示，在XYZ构成的三轴坐标系中将MEMS惯组紧贴X轴和Z轴形成的平面，正向(逆时针)转360°，得到正向方位误差角Δθ1，进一步计算得出正向标度因数误差K1：
将得出的正向标度因数误差K1补偿进MEMS惯组的标度因数S，代入如下公式，计算得出补偿后正向标度因数S(+)：
S(+)＝S(1-K1)，
其中K1为正向标度因数误差，S为MEMS惯组的标度因数。
另一方面，要得到反向标度因数的误差，将MEMS惯组靠紧竖直墙面，反转360°，得到反向方位误差角Δθ2。具体如图3所示，在XYZ构成的三轴坐标系中将MEMS惯组紧贴X轴和Z轴形成的平面，反向(顺时针)转360°，得到反向方位误差角Δθ2，进一步计算得出反向标度因数误差K2：
将得出的反向标度因数误差K2补偿进MEMS惯组的标度因数S，代入如下公式，计算得出补偿后反向标度因数S(-)：
S(-)＝S(1-K2)，
其中K2为反向标度因数误差，S为MEMS惯组的标度因数。
当MEMS惯组绕其输入轴正向旋转时，MEMS输入输出线性模型中使用正向标度因数S(+)；当MEMS惯组绕其输入轴反向旋转时，MEMS输入输出线性模型中使用反向标度因数S(-)；
采用所述方法补偿标度因数非对称性误差后，正向旋转360°，正向标度因数误差所产生的正向方位误差角被均匀的补偿进正向旋转过程中，故补偿后正向方位闭合；同理反向旋转360°，反向标度因数误差所产生的反向方位误差角被均匀的补偿进反向旋转过程中，故补偿后反向方位闭合。
综上所述，本发明提供一种加速度计测量俯仰角误差补偿方法，通过测量MEMS惯组的正向方位误差角和负向方位误差角，将正向方位误差角和负向方位误差角代入标度因数误差计算公式，得出正向标度因数误差和负向标度因数误差；用正向标度因数误差和负向标度因数误差，补偿MEMS惯组的标度因数，计算得出补偿后正向标度因数和负向标度因数；采用所述正向标度因数以及所述反向标度因数补偿标度因数非对称误差。本发明提供的一种MEMS惯组方位的在线补偿方法，在不增加系统成本的条件下，无须拆分器件，可在线补偿标度因数非对称误差，解决MEMS方位不闭合的问题，进一步提高MEMS惯组方位的有效使用精度。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (3)

1.一种MEMS惯组方位的在线补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
测量MEMS惯组的正向方位误差角，由正向标度因数误差计算公式计算得出正向标度因数误差；
用正向标度因数误差补偿MEMS惯组的标度因数，计算得出补偿后正向标度因数；
测量MEMS惯组的反向方位误差角，由反向标度因数误差计算公式计算得出反向标度因数误差；
用反向标度因数误差补偿MEMS惯组的标度因数，计算得出补偿后的反向标度因数；
采用所述正向标度因数以及所述反向标度因数补偿标度因数误差；
当MEMS惯组绕其输入轴正向旋转时，MEMS输入输出线性模型中使用正向标度因数作为MEMS惯组的标度因数；当MEMS惯组绕其输入轴反向旋转时，MEMS输入输出线性模型中使用反向标度因数作为MEMS惯组的标度因数；
将MEMS惯组靠紧竖直墙面，正转360°，得到正向方位误差角，
计算得出正向标度因数误差：
；
计算得出补偿后正向标度因数：
，
其中为正向标度因数误差，S为MEMS惯组的标度因数。
2.根据权利要求1所述的MEMS惯组方位的在线补偿方法，其特征在于，得到反向标度因数的误差，包括：
将MEMS惯组靠紧竖直墙面，反转360°，得到反向方位误差角，
计算得出反向标度因数误差：
。
3.根据权利要求2所述的MEMS惯组方位的在线补偿方法，其特征在于，计算得出补偿后反向标度因数：
其中为反向标度因数误差，S为MEMS惯组的标度因数。
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