一种MEMS惯性测量单元冷启动时温度误差补偿方法

摘要

本发明属于惯性器件的误差补偿领域，具体涉及一种MEMS惯性测量单元冷启动时温度误差补偿方法。本发明包括（1）选取温度误差补偿模型；温补数据采集；温补数据预处理；温补误差模型参数寻优；温度补偿。本发明针对MEMS惯性器件中的陀螺和加速度计提出了一种改进的温度误差补偿模型和相应的、简单易行的工作流程。经过温度补偿的MEMS惯性测量单元，在冷启动时，将受自身温升和外界温度变化的影响变小，这样极大地缩短了MEMS惯性测量单元的准备时间，提高了将其作为导航系统的快速性。

主权项

一种MEMS惯性测量单元冷启动时温度误差补偿方法，其特征在于：（1）选取温度误差补偿模型：MEMS加速度计的静态数学模型：$A_{\mathrm{ind}}=\frac{E}{K}=B+a_i$式中：A_ind—仪表指示的加速度值；E—加速度计的输出；K—标度因数；B—偏值；a_i—输入加速度；加速度计模型系数偏值B、标度因数K与温度T的数学模型：B(T)＝S_B0+S_B1TK(T)＝S_K0+S_K1T式中：S_B0—加速度计偏值的零阶温度模型系数；S_B1—加速度计偏值的一阶温度模型系数；S_K0—加速度计标度因数的零阶温度模型系数；S_K1—加速度计标度因数的一阶温度模型系数；得到不同温度时的加速度计输出E(T)：$\frac{E\left(T\right)}{S_{K0}+S_{K1}T}=S_{B0}+S_{B1}T+a_i$在T为室温T0时：$\frac{E\left(T_0\right)}{K\left(T_0\right)}=B\left(T_0\right)+a_i\iff \frac{E}{K}=B+a_i$$a_i=\frac{E\left(T\right)}{S_{K0}+S_{K1}T}-(S_{B0}+S_{B1}T)=\frac{E}{K}-B$得温度补偿公式：$\begin{array}{c}E=[\frac{E\left(T\right)}{S_{K0}+S_{K1}T}+(B-S_{B0}-S_{B1}T)\times K=\frac{E\left(T\right)}{\frac{S_{K0}}{K}+\frac{S_{K1}}{K}T}+(\mathrm{BK}-S_{B0}K)-S_{B1}K\times T\\ \iff E=\frac{1}{a+\mathrm{bT}}\times E\left(T\right)+c+\mathrm{dT}\end{array}$针对惯性器件温度补偿模型：$E=\frac{E\left(T\right)}{a+b·T}+(c+d·T)$式中：E表示室温下惯性器件的输出值；T表示惯性器件当前温度；E(T)表示T温度下惯性器件输出值；a+b·T表示惯性器件标度因数补偿，a表示其零次项系数，b表示其一次项系数；(c+d·T)表示惯性器件零偏补偿，c表示其零次项系数，d表示其一次项系数；ΔT为前n分钟，n=1,2,3……，惯性器件温度的变化值，建立改进后的惯性器件温度补偿模型如下：$E=\frac{E\left(T\right)}{a+b·T}+(c+d·T)+e·\mathrm{\Delta T}$式中：e为温度变化率系数；（2）温补数据采集：MEMS惯性测量单元的x轴指天，开启系统电源，以1Hz的频率，采集惯性器件和温度传感器输出数据；y轴指天，采集惯性器件和温度传感器输出数据；z轴指天，采集惯性器件和温度传感器输出数据；（3）温补数据预处理：对上一步采集得到惯性器件和温度传感器输出数据进行预处理，得到当前惯性器件温度T，T温度下惯性器件输出值E(T)、及前n分钟，n=1,2,3……，惯性器件温度的变化值ΔT；（4）温补误差模型参数寻优：获得加速度计不同温度下的输出数据E(T)，以及对应的温度数据T和温度变化数据ΔT；（5）温度补偿：获得加速度计温度误差模型参数a,b,c,d,e，当惯性测量单元正常工作后，可得到加速度计输出数据E(T)和对应的温度数据T，温度变化ΔT，最终得到加速度计温度补偿后的输出值。