CN116678403A - 惯性测量装置的温度补偿方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

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CN116678403A CN202310649842.9A CN202310649842A CN116678403A CN 116678403 A CN116678403 A CN 116678403A CN 202310649842 A CN202310649842 A CN 202310649842A CN 116678403 A CN116678403 A CN 116678403A
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Abstract

本发明公开了一种惯性测量装置的温度补偿方法、装置、设备及存储介质，其中该方法包括步骤：建立器件零偏和标度因数的温度误差模型，以对所述器件进行温度补偿，其中所述器件包括陀螺仪和加速度计；建立系统温度误差模型，确定所述器件需要补偿的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的值，其中系统为惯性测量装置；根据所述器件需要补偿的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的值，计算所述的惯性测量装置的温度补偿量，以对所述惯性测量装置进行温度补偿。本申请通过器件级和系统级温度补偿，不仅对陀螺和加速度计的零偏和标度因数进行精确补偿，还对器件级温补无法涉及到的安装误差进行补偿，显著提高了系统的参数稳定性和测量精度。

Description

惯性测量装置的温度补偿方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及惯性测量装置技术，尤其涉及一种惯性测量装置的温度补偿方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
惯性测量装置是惯导系统的核心组件之一，它的性能直接影响着导航系统的精度。目前导航系统广泛的应用在航空，航天，航海等各个领域中，为适应复杂的应用环境，一般要求惯导系统具有较宽的工作温度范围以及较好的性能稳定性。温度的影响是惯性测量装置误差的主要来源之一，因此，减小温度影响对进一步提高导航系统精度具有重要意义。
由于惯性测量装置中陀螺，加速度计以及其他器件的特性受温度影响，会导致a)器件级的陀螺和加速度计的零偏和标度误差等；b)系统级的安装误差等。为减小温度影响常用的方法有：a)在设计时选用温度系数较小的材料和结构；b)使用温度控制电路，采用内隔热外传导的方式将惯性敏感元件的温度保持在某一点，减少环境温度的影响；c)分析惯性测量装置的温度特性，建立惯性测量装置随温度变化的数学模型，并进行温度补偿。其中温控方法功耗大，体积大，启动慢等缺点，无法满足快速启动低功耗的应用要求。温度补偿方法具有成本低，无需增加温控装置且启动快速的优点。目前温度补偿技术已广泛应用于各类惯性测量装置，是保证惯性测量装置具有较宽工作温度范围的重要手段。
现有技术中存在的问题是惯性测量装置在全温范围内的性能稳定性和一致性不高，无法满足使用要求。目前主流采用温控方案，虽然提高了全温特性，但存在功耗高、启动慢的缺点，影响系统使用。也有些采用温补方案，但仅针对器件级的加速度计和陀螺，对部分参数进行了补偿，对于系统使用中需要用到的安装误差等参数无法进行补偿。
因此，如何提高惯性测量装置温度补偿精度，是目前亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种惯性测量装置的温度补偿方法、装置、设备及存储介质，通过器件级和系统级温度补偿，不仅对陀螺和加速度计的零偏和标度因数进行精确补偿，还对器件级温补无法涉及到的安装误差和安装导致零偏和标度因数误差未达到技术要求的参数进行补偿。通过增加系统级温补，显著提高了系统的参数稳定性和测量精度。
第一方面，本申请提供了一种惯性测量装置的温度补偿方法，该方法包括步骤：
建立器件零偏和标度因数的温度误差模型，以对所述器件进行温度补偿，其中所述器件包括陀螺仪和加速度计；
建立系统温度误差模型，确定所述器件需要补偿的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的值，其中系统为惯性测量装置；
根据所述器件需要补偿的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的值，计算所述的惯性测量装置的温度补偿量，以对所述惯性测量装置进行温度补偿。
结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，对陀螺零偏的温度误差进行建模，得到陀螺零偏温度误差模型，其中所述陀螺零偏的温度误差模型为：其中D00为常数项，D0T为温度误差系数，T为陀螺温度，/>为陀螺零偏温度变化率误差系数，/>为陀螺温度变化率，ε为随机误差；
对陀螺标度因数的温度误差进行建模，得到陀螺标度因数的温度误差模型，其中所述陀螺标度因数的温度误差模型为：E10+其中E10为常数项，E1Ti为陀螺标度因数的温度误差系数，Ti为陀螺温度，n为误差模型的阶数；
对加速度计零偏的温度误差进行建模，得到加速度计零偏温度误差模型，其中所述加速度计零偏的温度误差模型为：K01T2+K02T+K03，其中K01、K02和K03为加速度计零偏的温度误差系数；
对加速度计标度因数的温度误差进行建模，得到加速度计标度因数的温度误差模型，其中所述加速度计标度因数的温度误差模型为：K11T2+K12T+K13，其中K11、K12和K13为加速度计标度因数的温度误差系数。
结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，获取陀螺和加速度计的温度值以及设定的基准的温度值；
将所述陀螺和加速度计的温度值以及设定的基准的温度值输入至所述器件零偏和标度因数的温度误差模型中，得到陀螺和加速度计的零偏和标度因数的补偿量；
建立器件的测量模型，并将陀螺和加速度计的零偏和标度因数的补偿量输入所述器件的测量模型中，确定器件的温度补偿量。
结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，根据系统的温度误差模型，计算器件的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的补偿量；
建立系统的测量模型，并将计算器件的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的补偿量输入到系统的测量模型，计算得到惯性测量装置的温度补偿量。
结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，所述系统的测量模型包括：陀螺的测量模型和加速度计的测量模型；
其中，所述陀螺的测量模型为：
其中，wx，wy和wz为陀螺的三轴输出，ωxm，ωym，ωzm为惯组测量坐标系中三轴的角速度分量；Exy，Exz，Eyx，Eyz，Ezx，Ezy为相对惯组测量坐标系的安装误差角；DOx，DOy，DOz为陀螺零偏；E1x，E1y，E1z为陀螺标度因数；Nwx，Nwy，Nwz为陀螺输出脉冲数；
其中，所述加速度计的测量模型为：
其中，Ax，Ay和Az为加速度计的三轴输出Axm，Aym，Azm为惯组测量坐标系中三轴的视加速度分量；Exy，Exz，Eyz为加速度计安装误差角；K0x，K0y，K0z为加速度计零偏；K1x，K1y，K1z为加速度计标度因数；K2x，K2y，K2z为加速度计二次项误差系数；Nax，Nay，Naz为加速度计输出脉冲数。
结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，将实时采集陀螺和加速度计的温度和设定基准温度值输入零偏温度误差模型，得到器件零偏的补偿量；
将实时采集陀螺和加速度计的温度和设定基准温度值输入标度因数误差模型，得到器件标度因数的补偿量。
结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，对器件和/或系统进行温度变化调制试验，得到器件输出和/或系统输出的随温度变化数据，并利用最小二乘回归，得到器件和/或系统温度误差模型中的各阶温度系数。
第二方面，本申请提供了一种惯性测量装置的温度补偿装置，该装置包括：
建立模块，其用于建立器件零偏和标度因数的温度误差模型，以对所述器件进行温度补偿，其中所述器件包括陀螺仪和加速度计；
确定模块，其用于建立系统温度误差模型，确定所述器件需要补偿的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的值，其中系统为惯性测量装置；
计算模块，其用于根据所述器件需要补偿的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的值，计算所述的惯性测量装置的温度补偿量，以对所述惯性测量装置进行温度补偿。
第三方面，本申请还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：处理器；存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，实现第一方面任一项所述的方法。
第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令被计算机执行时，使计算机执行第一方面任一项所述的方法。
本申请提供的一种惯性测量装置的温度补偿方法、装置、设备及存储介质，其中该方法包括步骤：建立器件零偏和标度因数的温度误差模型，以对所述器件进行温度补偿，其中所述器件包括陀螺仪和加速度计；建立系统温度误差模型，确定所述器件需要补偿的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的值，其中系统为惯性测量装置；根据所述器件需要补偿的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的值，计算所述的惯性测量装置的温度补偿量，以对所述惯性测量装置进行温度补偿。本申请通过器件级和系统级温度补偿，不仅对陀螺和加速度计的零偏和标度因数进行精确补偿，还对器件级温补无法涉及到的安装误差和安装导致零偏和标度因数误差未达到技术要求的参数进行补偿。通过增加系统级温补，显著提高了系统的参数稳定性和测量精度。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并于说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为本申请实施例中提供的一种惯性测量装置的温度补偿方法流程图；
图2为本申请实施例中提供的一种惯性测量装置的温度补偿装置示意图；
图3为本申请实施例中提供的惯性测量装置补偿前的温度变化曲线示意图；
图4为本申请实施例中提供的惯性测量装置补偿后的温度变化曲线示意图；
图5为本申请实施例中提供的一种电子设备示意图；
图6为本申请实施例中提供的一种计算机可读程序介质示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例执行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。附图所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。
需要说明的是，惯组定义为惯性测量装置，并且系统也可以理解为惯性测量装置。
惯性测量装置是指采用加速度计和陀螺仪，用来测量运动载体的运动状态(速度和姿态)，是惯性导航的主要敏感器。加速度计和陀螺仪的性能与其参数稳定性相关，主要参数包括单轴加速度计的零偏和标度、单轴陀螺仪的零偏和标度，三轴加速度计和三轴陀螺仪装配成惯性测量装置后，还需要考虑的参数为：加速度计之间的安装误差以及陀螺仪之间的安装误差。
本申请实施例提供了一种惯性测量装置的温度补偿方法、装置、设备及存储介质，通过器件级和系统级温度补偿，不仅对陀螺和加速度计的零偏和标度因数进行精确补偿，还对器件级温补无法涉及到的安装误差进行补偿，显著提高了系统的参数稳定性和测量精度。
为达到上述技术效果，本申请的总思路如下：
一种惯性测量装置的温度补偿方法，该方法包括步骤：
S101：建立器件零偏和标度因数的温度误差模型，以对所述器件进行温度补偿，其中所述器件包括陀螺仪和加速度计。
S102：建立系统温度误差模型，确定所述器件需要补偿的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的值，其中系统为惯性测量装置。
S103：根据所述器件需要补偿的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的值，计算所述的惯性测量装置的温度补偿量，以对所述惯性测量装置进行温度补偿。
以下结合附图对本申请的实施例作进一步详细说明。
参照图1，图1所示为本发明提供的一种惯性测量装置的温度补偿方法流程图，如图1所示，该方法包括步骤：
步骤S101:建立器件零偏和标度因数的温度误差模型，以对所述器件进行温度补偿，其中所述器件包括陀螺仪和加速度计。
具体而言，器件单表状态下，对陀螺零偏的温度误差进行建模，得到陀螺零偏温度误差模型，其中所述陀螺零偏的温度误差模型为：其中D00为常数项，D0T为温度误差系数，T为陀螺温度，/>为陀螺零偏温度变化率误差系数，/>为陀螺温度变化率，ε为随机误差；
对陀螺标度因数的温度误差进行建模，得到陀螺标度因数的温度误差模型，其中所述陀螺标度因数的温度误差模型为：E10+其中E10为常数项，E1Ti为陀螺标度因数的温度误差系数，Ti为陀螺温度，n为误差模型的阶数；
对加速度计零偏的温度误差进行建模，得到加速度计零偏温度误差模型，其中所述加速度计零偏的温度误差模型为：K01T2+K02T+K03，其中K01、K02和K03为加速度计零偏的温度误差系数；
对加速度计标度因数的温度误差进行建模，得到加速度计标度因数的温度误差模型，其中所述加速度计标度因数的温度误差模型为：K11T2+K12T+K13，其中K11、K12和K13为加速度计标度因数的温度误差系数。
方便理解举例说明，对陀螺零偏和标度因数的温度误差进行建模标定和补偿。以光纤陀螺为例对陀螺零偏和标度因数进行分析和补偿。光纤陀螺零偏不仅与温度相关，还与温度变化率相关。光纤陀螺零偏温度误差模型为：
其中其中D00为常数项，D0t为温度误差系数，T为陀螺温度，为陀螺零偏温度变化率误差系数，/>为陀螺温度变化率，ε为随机误差。光纤陀螺标度因数对温度变化率相对不敏感，一般不再考虑。标度因数的温度误差模型为：/>其中E10为常数项，E1Ti为陀螺标度因数的温度误差系数，Ti为陀螺温度，n为误差模型的阶数。
对加速度计零偏和标度因数的温度误差进行建模标定和补偿。加速度计零偏温度误差模型为：K01T2+K02T+K03，其中K01、K02和K03为加速度计零偏的温度误差系数。加速度计标度因数温度误差模型为：K11T2+K12T+K13，其中K11、K12和K13为加速度计标度因数的温度误差系数。
可以理解的利用建立的陀螺和加速度计的零偏和标度因数的温度误差模型，目的是用于计算器件的补偿量(零偏和标度因数)，对器件进行温度补偿。
需要说明的是，零偏是指陀螺在输入角速度为零时，输出是-条复合白噪声信号缓慢变化的曲线，曲线的平均值就是零偏。以规定时间内测得的输出量平均值相应的等效输入角速率表示，单位为°/h或°/s。
标度因数(scale factor)亦称标度因子，简称标度，是输出的变化与要测量的输入变化的比值。
一实施例中，将器件置于温箱中，在室温条件下使器件处于静止状态，待器件稳定后启动温箱，温度变化速率设置为类似正弦波变化，变温过程为将温箱升温至60℃，然后开始进行实验，随后将温箱中温度降至-40℃，接着将温箱中温度升至高温，如此循环，测得几组器件温度输出数据。利用最小二乘回归，便可以得到各温度误差模型中的各阶温度系数。
可以理解的是，对器件和/或系统进行温度变化调制试验，得到器件输出和/或系统输出的随温度变化数据，并利用最小二乘回归，得到器件和/或系统温度误差模型中的各阶温度系数。
可选的，将测量数据画图，用温度误差模型进行曲线拟合，得到温度误差模型中的误差系数。
一实施例中，获取陀螺和加速度计的温度值以及设定的基准的温度值；将所述陀螺和加速度计的温度值以及设定的基准的温度值输入至所述器件零偏和标度因数的温度误差模型中，得到陀螺和加速度计的零偏和标度因数的补偿量；建立器件的测量模型，并将陀螺和加速度计的零偏和标度因数的补偿量输入所述器件的测量模型中，确定器件的温度补偿量。
方便理解举例说明，首先，通过温度传感器采集陀螺和加速度计的温度和基准的温度值，代入建立的器件的零偏和标度因数温度误差模型中计算得到陀螺和加速度计输出时需要补偿的零位和标度值,代入器件的测量模型进行器件级的输出补偿。其中器件的测量模型表达式为Y＝A+BX，Y为器件输出，X为器件敏感输入，A为零位，B为标度，需要说明的是，器件测量模型计算时，由于还没到系统级并没有安装误差，因此安装误差为0，取器件的输出即可。还需说明的是，测量模型(测量误差模型)是指器件的输入输出模型，比如输入0.5度/s的角速度时，陀螺输出(敏感测量)到0.5度/s，根据测量模型中的零位标度值，计算得到外部输入值为0.5度/s。系统的测量模型同理只是输入量多了器件的安装误差。
步骤S102：建立系统温度误差模型，确定所述器件需要补偿的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的值，其中系统为惯性测量装置。
具体而言，器件组装成系统后(组装成系统前的单表状态)，建立系统温度误差模型，目的主要对器件级温补无法涉及到的安装误差和安装导致零偏和标度因数误差未达到技术要求的参数进行补偿。需要说明的是，前面是单加速度计和单陀螺仪的器件级温度补偿，主要补偿加速度计和陀螺仪的零偏和标度。这里是将加速度计和陀螺仪装成整机后的系统级温度补偿，主要补偿加速度计和陀螺仪的安装误差，少量补偿加速度计和陀螺仪的零偏和标度(标度因数)，需要说明的是，系统定义为惯性测量装置，其包括包括三轴加速度计、三轴陀螺仪、数据处理电路、结构体等。
可以理解的是建立系统温度误差模型主要是想对器件安装误差进行补偿，并少量补偿器件的零偏和标度。
一实施例中，建立系统的测量模型，并将系统需要补偿的零偏、标度因数和安装误差值输入到系统的测量模型，计算得到系统的补偿量。需要说明的是，建立系统的测量模型表达式为K＝KA+KBT+KCT2，其中，k泛指零位标度安装误差，包括三个加速度计和三个陀螺，ka kb kc是温度误差模型的系数，分别是零次项一次项二次项，具体含义就是每个加速度计和陀螺的零位标度安装误差，一共是3个加速度计零位，3个加速度计标度，6个加速度计安装误差。3个陀螺零位，3个陀螺标度，6个陀螺安装误差。
需要说明的是，根据建立的系统温度误差模型，计算得到陀螺和加速度计的零偏、标度因数和安装误差的补偿量。具体为：获取陀螺和加速度计的温度值以及设定的基准的温度值；
将所述陀螺和加速度计的温度值以及设定的基准的温度值输入至所述的系统温度误差模型中，得到陀螺和加速度计的零偏、标度因数和安装误差的补偿量；将得到陀螺和加速度计的零偏、标度因数和安装误差的补偿量输入到系统的测量模型中，计算得到系统的补偿量。
方便理解举例说明，通过温度传感器采集陀螺和加速度计的温度和基准的温度值，代入建立的系统温度误差模型，计算得到惯性测量组合输出时需要补偿的零位、标度和安装误差值，代入惯性测量组合的测量模型，进行系统级的输出补偿。
其中需要说明的是，惯性测量组合的测量模型可以理解为系统的测量模型，包括：陀螺的测量模型和加速度计的测量模型；
其中，所述陀螺的测量模型为：
其中，wx，wy和wz为陀螺的三轴输出，ωxm，ωym，ωzm为惯组测量坐标系中三轴的角速度分量；Exy，Exz，Eyx，Eyz，Ezx，Ezy为相对惯组测量坐标系的安装误差角；DOx，DOy，DOz为陀螺零偏；E1x，E1y，E1z为陀螺标度因数；Nwx，Nwy，Nwz为陀螺输出脉冲数；
其中，所述加速度计的测量模型为：
其中，Ax，Ay和Az为加速度计的三轴输出Axm，Aym，Azm为惯组测量坐标系中三轴的视加速度分量；Exy，Exz，Eyz为加速度计安装误差角；K0x，K0y，K0z为加速度计零偏；K1x，K1y，K1z为加速度计标度因数；K2x，K2y，K2z为加速度计二次项误差系数；Nax，Nay，Naz为加速度计输出脉冲数。系统级温补主要对器件级温补无法涉及到的安装误差和安装导致零偏和标度因数误差未达到技术要求的参数进行补偿。
一实施例中，温度调制实验流程为将产品保温到-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃这8个温度点下，每个温度点下保温3h，使产品内外的温度保持一致。随后产品配电进行系统标定，在标定的过程中实时记录产品内部陀螺和加速度计的温度。每个温度点下，产品重新配电进行系统标定，得到温度误差模型中各参数随温度的变化情况。然后对误差过大的参数数据进行拟合，并保存拟合系数。考虑到系统级温补的高效快速，本例中对所有参数使用相同的拟合方程从而得到格式一致的模型参数。(如二次项拟合公式y＝A+BX+CX2)
步骤S103：根据所述器件需要补偿的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的值，计算所述的惯性测量装置的温度补偿量，以对所述惯性测量装置进行温度补偿。
具体而言，根据建立的系统温度误差模型，计算得到需要补偿的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的值，建立系统的测量模型，将需要补偿的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的值输入测量模型中，进行系统级的输出补偿。
可选的，根据产品工作时的温度以及设定的基准温度，通过系统温度误差模型(工作温度下与基准温度下的差值)，计算得到需要的补偿量(零偏和标度因数以及器件之间安装误差)，再代入到系统测量模型，得到产品输出的补偿量(工作温度下的输出与基准温度下的输出差值)。
一实施例中，将实时采集陀螺和加速度计的温度和设定基准温度值输入零偏温度误差模型，得到器件零偏的补偿量；
将实时采集陀螺和加速度计的温度和设定基准温度值输入标度因数误差模型，得到器件标度因数的补偿量。
参照图2，图2所示为本发明提供的一种惯性测量装置的温度补偿装置示意图，如图2所示，该装置包括：
建立模块201：其用于建立器件零偏和标度因数的温度误差模型，以对所述器件进行温度补偿，其中所述器件包括陀螺仪和加速度计。
确定模块202：其用于建立系统温度误差模型，确定所述器件需要补偿的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的值，其中系统为惯性测量装置。
计算模块203：其用于根据所述器件需要补偿的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的值，计算所述的惯性测量装置的温度补偿量，以对所述惯性测量装置进行温度补偿。
进一步地，一种可能的实施方式中，建立模块，还用于对陀螺零偏的温度误差进行建模，得到陀螺零偏温度误差模型，其中所述陀螺零偏的温度误差模型为：其中D00为常数项，D0T为温度误差系数，T为陀螺温度，为陀螺零偏温度变化率误差系数，/>为陀螺温度变化率，ε为随机误差；
对陀螺标度因数的温度误差进行建模，得到陀螺标度因数的温度误差模型，其中所述陀螺标度因数的温度误差模型为：E10+其中E10为常数项，E1Ti为陀螺标度因数的温度误差系数，Ti为陀螺温度，n为误差模型的阶数；
对加速度计零偏的温度误差进行建模，得到加速度计零偏温度误差模型，其中所述加速度计零偏的温度误差模型为：K01T2+K02T+K03，其中K01、K02和K03为加速度计零偏的温度误差系数；
对加速度计标度因数的温度误差进行建模，得到加速度计标度因数的温度误差模型，其中所述加速度计标度因数的温度误差模型为：K11T2+K12T+K13，其中K11、K12和K13为加速度计标度因数的温度误差系数。
进一步地，一种可能的实施方式中，确定模块，还用于获取陀螺和加速度计的温度值以及设定的基准的温度值；
将所述陀螺和加速度计的温度值以及设定的基准的温度值输入至所述器件零偏和标度因数的温度误差模型中，得到陀螺和加速度计的零偏和标度因数的补偿量；
建立器件的测量模型，并将陀螺和加速度计的零偏和标度因数的补偿量输入所述器件的测量模型中，确定器件的温度补偿量。
进一步地，一种可能的实施方式中，计算模块，还用于根据系统的温度误差模型，计算器件的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的补偿量；
建立系统的测量模型，并将计算器件的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的补偿量输入到系统的测量模型，计算得到惯性测量装置的温度补偿量。
进一步地，一种可能的实施方式中，建立模块，还用于建立系统的测量模型包括：陀螺的测量模型和加速度计的测量模型；
其中，所述陀螺的测量模型为：
其中，wx，wy和wz为陀螺的三轴输出，ωxm，ωym，ωzm为惯组测量坐标系中三轴的角速度分量；Exy，Exz，Eyx，Eyz，Ezx，Ezy为相对惯组测量坐标系的安装误差角；DOx，DOy，DOz为陀螺零偏；E1x，E1y，E1z为陀螺标度因数；Nwx，Nwy，Nwz为陀螺输出脉冲数；
其中，所述加速度计的测量模型为：
其中，Ax，Ay和Az为加速度计的三轴输出Axm，Aym，Azm为惯组测量坐标系中三轴的视加速度分量；Exy，Exz，Eyz为加速度计安装误差角；K0x，K0y，K0z为加速度计零偏；K1x，K1y，K1z为加速度计标度因数；K2x，K2y，K2z为加速度计二次项误差系数；Nax，Nay，Naz为加速度计输出脉冲数。
进一步地，一种可能的实施方式中，计算模块，还用于将实时采集陀螺和加速度计的温度和设定基准温度值输入零偏温度误差模型，得到器件零偏的补偿量；
将实时采集陀螺和加速度计的温度和设定基准温度值输入标度因数误差模型，得到器件标度因数的补偿量。
进一步地，一种可能的实施方式中，计算模块，还用于对器件和/或系统进行温度变化调制试验，得到器件输出和/或系统输出的随温度变化数据，并利用最小二乘回归，得到器件和/或系统温度误差模型中的各阶温度系数。
需要说明的是，惯性测量装置的两级温度补偿包括：器件级温度补偿和系统级温度补偿两部分；其中器件级温度补偿包括陀螺和加速度计的零偏和标度因数；系统级温度补偿除了上述误差外还包括安装误差，它基于惯性测量装置的误差模型，通过温补模块对输出进行实时补偿。通过两级温度补偿方法，显著提高了全温环境下的惯性测量组合参数稳定性和测量精度。
可以理解的是，首先，通过温度传感器采集陀螺和加速度计的温度和基准的温度值，代入建立的器件温度误差模型,计算得到陀螺和加速度计输出时需要补偿的零位和标度值,代入陀螺和加速度计的测量模型公式Y＝A+BX,Y为器件输出，X为器件敏感输入，A为零位，B为标度，进行器件级的输出补偿。其次，通过温度传感器采集陀螺和加速度计的温度和基准的温度值，代入建立的系统温度误差模型，计算得到惯性测量组合输出时需要补偿的零位、标度和安装误差值，代入惯性测量组合的测量模型，进行系统级的输出补偿。
参照图3，图3所示为本发明提供的惯性测量装置补偿前的温度变化曲线示意图，如图3所示：
如图3为系统补偿前的惯性测量装置的安装误差随温度的变化曲线。对比图3和图4能够发现，安装误差在全温范围内的误差显著减小。
参照图4，图4所示为本发明提供的惯性测量装置补偿后的温度变化曲线示意图，如图4所示：
如图4为系统补偿后的惯性测量装置的安装误差随温度的变化曲线。观察图4，参数与温度的变化非线性相关，表明系统温度补偿方法有效，剩下的误差应为与温度无关的误差源所引入。
下面参照图5来描述根据本发明的这种实施方式的电子设备500。图5显示的电子设备500仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图5所示，电子设备500以通用计算设备的形式表现。电子设备500的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理单元510、上述至少一个存储单元520、连接不同系统组件(包括存储单元520和处理单元510)的总线530。
其中，所述存储单元存储有程序代码，所述程序代码可以被所述处理单元510执行，使得所述处理单元510执行本说明书上述“实施例方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。
存储单元520可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(RAM)521和/或高速缓存存储单元522，还可以进一步包括只读存储单元(ROM)523。
存储单元520还可以包括具有一组(至少一个)程序模块525的程序/实用工具524，这样的程序模块525包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
总线530可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
电子设备500也可以与一个或多个外部设备(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备500交互的设备通信，和/或与使得该电子设备500能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口550进行。并且，电子设备500还可以通过网络适配器560与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器560通过总线530与电子设备500的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备500使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。
根据本公开的方案，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有能够实现本说明书上述方法的程序产品。在一些可能的实施方式中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。
参考图6所示，描述了根据本发明的实施方式的用于实现上述方法的程序产品600，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
此外，上述附图仅是根据本发明示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

Claims (10)

1.一种惯性测量装置的温度补偿方法，其特征在于，包括：
建立器件零偏和标度因数的温度误差模型，以对所述器件进行温度补偿，其中所述器件包括陀螺仪和加速度计；
建立系统温度误差模型，确定所述器件需要补偿的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的值，其中系统为惯性测量装置；
根据所述器件需要补偿的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的值，计算所述的惯性测量装置的温度补偿量，以对所述惯性测量装置进行温度补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立器件零偏和标度因数的温度误差模型，包括：
对陀螺零偏的温度误差进行建模，得到陀螺零偏温度误差模型，其中所述陀螺零偏的温度误差模型为： 其中D00为常数项，D0T为温度误差系数，T为陀螺温度，/>为陀螺零偏温度变化率误差系数，/>为陀螺温度变化率，ε为随机误差；
对陀螺标度因数的温度误差进行建模，得到陀螺标度因数的温度误差模型，其中所述陀螺标度因数的温度误差模型为： 其中E10为常数项，E1Ti为陀螺标度因数的温度误差系数，Ti为陀螺温度，n为误差模型的阶数；
对加速度计零偏的温度误差进行建模，得到加速度计零偏温度误差模型，其中所述加速度计零偏的温度误差模型为：K01T2+K02T+K03，其中K01、K02和K03为加速度计零偏的温度误差系数；
对加速度计标度因数的温度误差进行建模，得到加速度计标度因数的温度误差模型，其中所述加速度计标度因数的温度误差模型为：K11T2+K12T+K13，其中K11、K12和K13为加速度计标度因数的温度误差系数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述器件进行温度补偿，包括：
获取陀螺和加速度计的温度值以及设定的基准的温度值；
将所述陀螺和加速度计的温度值以及设定的基准的温度值输入至所述器件零偏和标度因数的温度误差模型中，得到陀螺和加速度计的零偏和标度因数的补偿量；
建立器件的测量模型，并将陀螺和加速度计的零偏和标度因数的补偿量输入所述器件的测量模型中，确定器件的温度补偿量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述器件需要补偿的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的值，计算所述的惯性测量装置的温度补偿量，包括：
根据系统的温度误差模型，计算器件的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的补偿量；
建立系统的测量模型，并将计算器件的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的补偿量输入到系统的测量模型，计算得到惯性测量装置的温度补偿量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
所述系统的测量模型包括：陀螺的测量模型和加速度计的测量模型；
其中，所述陀螺的测量模型为：
其中，wx，wy和wz为陀螺的三轴输出，ωxm，ωym，ωzm为惯组测量坐标系中三轴的角速度分量；Exy，Exz，Eyx，Eyz，Ezx，Ezy为相对惯组测量坐标系的安装误差角；DOx，DOy，DOz为陀螺零偏；E1x，E1y，E1z为陀螺标度因数；Nwx，Nwy，Nwz为陀螺输出脉冲数；
其中，所述加速度计的测量模型为：
其中，Ax，Ay和Az为加速度计的三轴输出Axm，Aym，Azm为惯组测量坐标系中三轴的视加速度分量；Exy，Exz，Eyz为加速度计安装误差角；K0x，K0y，K0z为加速度计零偏；K1x，K1y，K1z为加速度计标度因数；K2x，K2y，K2z为加速度计二次项误差系数；Nax，Nay，Naz为加速度计输出脉冲数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
将实时采集陀螺和加速度计的温度和设定基准温度值输入零偏温度误差模型，得到器件零偏的补偿量；
将实时采集陀螺和加速度计的温度和设定基准温度值输入标度因数误差模型，得到器件标度因数的补偿量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
对器件和/或系统进行温度调制试验，得到器件输出和/或系统输出的随温度变化数据，并利用最小二乘回归，得到器件和/或系统温度误差模型中的各阶温度系数。
8.一种惯性测量装置的温度补偿装置，其特征在于，包括：
建立模块，其用于建立器件零偏和标度因数的温度误差模型，以对所述器件进行温度补偿，其中所述器件包括陀螺仪和加速度计；
确定模块，其用于建立系统温度误差模型，确定所述器件需要补偿的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的值，其中系统为惯性测量装置；
计算模块，其用于根据所述器件需要补偿的零偏和标度因数以及器件之间安装误差的值，计算所述的惯性测量装置的温度补偿量，以对所述惯性测量装置进行温度补偿。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备，包括：
处理器；
存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，实现如权利要求1至7任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令被计算机执行时，使计算机执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
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