一种应用于MEMS惯组的零偏长短期变化值测试方法

摘要

一种应用于MEMS惯组的零偏长短期变化值测试方法，步骤为：（1）获取MEMS惯组的原始输出数字量；（2）对原始输出数字量进行误差补偿；（3）获得MEMS惯组每一拍输出的角速度与加速度；（4）将MEMS惯组每一拍输出的角速度与加速度作为一组测试数据样本X_i，从固定时刻开始连续记录多组X_i，记录时长为t；（5）如果t≤40min，则利用全部X_i求取MEMS惯组的零偏短期变化值ΔX_S，如果t＞40min，则求取MEMS惯组的零偏长期变化值ΔX_L；（6）选取作为判断条件，当且仅当MEMS惯组的零偏短期变化值均小于J时，判定MEMS惯组的短期变化值满足要求；当且仅当MEMS惯组的零偏长期变化值均小于J时，判定MEMS惯组的长期变化值满足要求。

主权项

一种应用于MEMS惯组的零偏长短期变化值测试方法，其特征在于包括如下步骤：（1）分别获取MEMS陀螺与MEMS加速度计的原始模拟量输出，经过模数转换后得到数字量；（2）分别对MEMS陀螺与MEMS加速度计的原始输出数字量进行误差补偿，其中：补偿MEMS陀螺误差的方法如下：$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{·}{\theta }}_{x1}\\ {\stackrel{·}{\theta }}_{y1}\\ {\stackrel{·}{\theta }}_{z1}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}{D}_{\mathrm{xx}}& D_{\mathrm{xy}}& D_{\mathrm{xz}}\\ D_{\mathrm{yx}}& D_{\mathrm{yy}}& D_{\mathrm{yz}}\\ D_{\mathrm{zx}}& D_{\mathrm{zy}}& D_{\mathrm{zz}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta \theta }}_{x1}\\ {\mathrm{\Delta \theta }}_{y1}\\ {\mathrm{\Delta \theta }}_{z1}\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}{D}_{0x}\\ D_{0y}\\ D_{0z}\end{array}\right]$其中，Δθ_x1,Δθ_y1,Δθ_z1为从MEMS陀螺串口输出的三个方向数字量，D_0x,D_0y,D_0z为MEMS陀螺的零次项系数，D_xx,D_yy,D_zz为MEMS陀螺的刻度因子，D_xy,D_xz,D_yx,D_yz,D_zx,D_zy为MEMS陀螺的安装误差，分别为与Δθ_x1,Δθ_y1,Δθ_z1对应的补偿后的MEMS陀螺三个方向的数字量；补偿MEMS加速度计误差的方法如下：$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{·}{W}}_{x1}\\ {\stackrel{·}{W}}_{y1}\\ {\stackrel{·}{W}}_{z1}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}{K}_{\mathrm{xx}}& K_{\mathrm{xy}}& K_{\mathrm{xz}}\\ K_{\mathrm{yx}}& K_{\mathrm{yy}}& K_{\mathrm{yz}}\\ K_{\mathrm{zx}}& K_{\mathrm{zy}}& K_{\mathrm{zz}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta W}}_{x1}\\ {\mathrm{\Delta W}}_{y1}\\ {\mathrm{\Delta \theta W}}_{z1}\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}{K}_{0x}\\ K_{0y}\\ K_{0z}\end{array}\right]$其中，ΔW_x1,ΔW_y1,ΔW_z1为从MEMS加速度计串口输出的三个方向数字量，K_0x,K_0y,K_0z为MEMS加速度计的零次项系数，K_xx,K_yy,K_zz为MEMS加速度计的刻度因子，K_xy,K_xz,K_yx,K_yz,K_zx,K_zy为MEMS加速度计的安装误差，分别为与ΔW_x1,ΔW_y1,ΔW_z1对应的补偿后的MEMS加速度计三个方向的数字量；（3）对步骤（2）得到的补偿后的数字量进行处理，获得MEMS惯组每一拍输出的角速度ω与加速度A，其中：$\omega =\sqrt{{{\omega }_x}^2+{{\omega }_y}^2+{{\omega }_z}^2},A=\sqrt{{A_x}^2+{A_y}^2+{A_z}^2}$$\begin{array}{c}{\omega }_x={\stackrel{·}{\theta }}_{x1}·\tau \\ {\omega }_y={\stackrel{·}{\theta }}_{y1}·\tau \\ {\omega }_z={\stackrel{·}{\theta }}_{z1}·\tau \end{array},\begin{array}{}\begin{array}{c}{A}_x={\stackrel{·}{W}}_{x1}·\tau \\ A_y={\stackrel{·}{W}}_{y1}\\ A_z={\stackrel{·}{W}}_{z1}·\tau \end{array},·\tau \end{array}$τ为MEMS惯组的更新时间；（4）将MEMS惯组每一拍输出的角速度ω与加速度A作为一组测试数据样本X_i，从固定时刻开始，连续记录多组X_i，记录时长为t；（5）如果t≤40min，则利用全部测试数据样本分别求取MEMS陀螺和MEMS加速度计的零偏短期变化值ΔX_S，如果t＞40min，则利用全部测试数据样本分别求取MEMS陀螺和MEMS加速度计的零偏长期变化值ΔX_L；MEMS陀螺和MEMS加速度计的零偏短期变化值ΔX_S计算方法相同，而MEMS陀螺和MEMS加速度计的零偏长期变化值ΔX_L计算方法也相同，其中：零偏短期变化值ΔX_S的计算方法为：按10s为步长对X_i求取均值，得到数据序列从记录数据2min后的第一个10s均值开始，求取每个10s均值与前一个临近2min数据均值的差值，记为则差值序列绝对值中的最大值即为ΔX_S；零偏长期变化值ΔX_L的计算方法为：按20min为步长对X_i求取均值，得到数据序列从记录数据第2个20min均值开始，求取每个20min均值与前一个临近20min均值的差值，记为则差值序列绝对值中的最大值即为ΔX_L；（6）选取作为判断条件，其中B_s为MEMS陀螺或者MEMS加速度计的零偏稳定性，B_r为MEMS陀螺或者MEMS加速度计的零偏重复性，当且仅当步骤（5）中获取的MEMS陀螺的零偏短期变化值和MEMS加速度计的零偏短期变化值均小于J时，判定MEMS惯组的短期变化值满足要求；或者当且仅当MEMS陀螺的零偏长期变化值和MEMS加速度计的零偏长期变化值均小于J时，判定MEMS惯组的长期变化值满足要求。