專利名稱：一種mems陀螺儀的差分測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及MEMS振動陀螺儀的應(yīng)用技術(shù)，適用于各種低成本、微小型MEMS振動陀螺儀。

背景技術(shù)：
在科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域，陀螺儀發(fā)揮著重要的作用。陀螺儀是一種測量角速度的傳感器，其示意圖如圖1和圖2所示，其中圖1表示陀螺儀的立體示意圖，圖2表示陀螺儀的平面示意圖，其敏感的角速度的正方向根據(jù)右手螺旋原則確定。陀螺儀可以直接測量作用在其敏感軸OA上的外界輸入角速度ωi，也可以通過積分或微分等運(yùn)算間接測量出其敏感軸轉(zhuǎn)過的角度θ或角加速度β。
目前測量空間某條軸角速度的具體方法，都是使陀螺儀敏感軸OA與被測轉(zhuǎn)動軸AX方向平行，并將陀螺儀與被測轉(zhuǎn)動軸固定在一起，如圖3所示，當(dāng)被測轉(zhuǎn)動軸以角速度ω轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)動角速度ω就會激勵陀螺儀敏感軸OA，使陀螺儀輸出代表輸入角速度ω的模擬量。陀螺儀的一個典型應(yīng)用就是組成慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的核心部件慣性測量單元。慣性測量單元是導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)中的一種非常重要的設(shè)備。它由三只陀螺儀和三只加速度計(jì)組成，按照慣性導(dǎo)航原理的要求，三只陀螺儀的敏感軸在空間兩兩互相垂直并且分別與對應(yīng)的三個載體坐標(biāo)軸平行，測量三個載體坐標(biāo)軸的輸入角速度。慣性測量單元工作時不依賴外界信息，也不向外界輻射能量，不易受到干擾，這一獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，使其成為運(yùn)載體，尤其是航天、航空和航海領(lǐng)域中運(yùn)載體的一種廣泛使用的主要導(dǎo)航方法。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，從工程角度看，更小的器件、更小的結(jié)構(gòu)單元甚至更小的分系統(tǒng)，在許多方面表現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢，能滿足很多特殊場合和功能的要求。所以，近年來，隨著微型制造技術(shù)和MEMS技術(shù)的發(fā)展，新一代MEMS陀螺儀迅速發(fā)展起來，它們體積很小、重量很輕、成本很低，具有傳統(tǒng)陀螺儀許多無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。由MEMS陀螺儀組成的微小型慣性測量單元，滿足了以航天、航空和航海為代表的領(lǐng)域中出現(xiàn)的一大批小型化運(yùn)載體的非常迫切和突出的需求，例如小型化飛機(jī)翼展往往不足一米，有的甚至只有手掌般大，它內(nèi)部的空間和能夠承受的載荷非常有限，這就要求它們的慣性測量單元體積很小、重量很輕。
雖然，MEMS陀螺儀擁有許多無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，但是按照目前陀螺儀的傳統(tǒng)應(yīng)用方法，依然具有很大的缺點(diǎn)。
其一，利用單個MEMS陀螺儀測量某條軸的輸入角速度，就難以避免其工作原理、制造工藝和應(yīng)用方式給MEMS陀螺儀帶來的很大的輸入角速度測量誤差。MEMS陀螺儀的測量誤差大致可分為兩部分，一部分為確定性誤差，一部分為不確定性誤差。其中，確定性誤差可以利用陀螺儀測試、標(biāo)定、建模和補(bǔ)償?shù)忍幚矸椒p少其影響，但是不確定誤差的影響很難被消除。MEMS陀螺儀的核心敏感元件以及其處理電路部分很容易受到復(fù)雜的周圍環(huán)境的影響，例如溫度、電磁、震動、甚至輻射、重力異常、濕度、氣壓等都可能會影響陀螺儀敏感元件和處理電路的特性，從而影響測量的輸出精度。這些影響陀螺儀特性的環(huán)境因素，大都不容易準(zhǔn)確量化和研究，而且這些因素引起的誤差會互相耦合和疊加，使得總誤差缺少規(guī)律性而表現(xiàn)出較強(qiáng)的隨機(jī)性，即使嚴(yán)格利用標(biāo)準(zhǔn)的陀螺儀測試、標(biāo)定、建模和補(bǔ)償?shù)忍幚矸椒ㄌ幚磉@些環(huán)境因素，對陀螺儀精度的提高也不夠明顯。
其二，由于目前MEMS應(yīng)用方法受環(huán)境因素的影響太大，要想進(jìn)一步提高慣性器件和導(dǎo)航系統(tǒng)的精度，只有對MEMS陀螺儀的加工工藝提出更高的要求，而改善加工工藝，周期長，難度大，復(fù)雜性高，風(fēng)險(xiǎn)大。
總之，目前利用單個MEMS陀螺儀測量某條軸的轉(zhuǎn)動角速度的方法，測量精度會受到周圍復(fù)雜環(huán)境因素的嚴(yán)重影響，而且要想降低這種影響，難度很大，成本很高。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有利用單個MEMS陀螺儀測量某軸轉(zhuǎn)動角速度方法的不足，提供一種利用兩個MEMS陀螺儀差測量方法，測量同一轉(zhuǎn)動角速度、提高測量精度的方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種MEMS陀螺儀的差分測量方法，挑選兩個環(huán)境敏感特性相似性接近的MEMS陀螺儀組成陀螺儀差分對，通過安裝使兩個MEMS陀螺儀的角速度敏感軸方向相反，并均與同一條被測轉(zhuǎn)動軸平行，敏感同一個外界輸入角速度，通過測試、標(biāo)定試驗(yàn)，確定兩個陀螺儀的主要參數(shù)以及二者之間的環(huán)境系數(shù)比值，在實(shí)際應(yīng)用時，按照輸入角速度實(shí)時解算公式，解算出高精度的輸入角速度值。
所述的敏感特性相似性的判定步驟如下 (1)把待測陀螺儀分為兩批，一批正向安裝，另一批反向安裝，同時進(jìn)行速率實(shí)驗(yàn)，假設(shè)正向安裝的陀螺儀個數(shù)為u個，反向安裝的陀螺儀個數(shù)為v個，按時間序列t采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)y(t)； (2)分別以n階多項(xiàng)式y(tǒng)(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3+…+an-1tn-1+antn擬合各個被測陀螺儀的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出每個陀螺儀的各階系數(shù)a0，a1，a2，…，an-1，an； (3)將每個正向陀螺儀和每個反向陀螺儀都一一對應(yīng)共組成u×v個陀螺儀對； (4)以陀螺儀對中的正向陀螺儀的各級擬合系數(shù)對應(yīng)除以反向陀螺儀的各級擬合系數(shù)，得出n個擬合系數(shù)比值數(shù)據(jù)，然后求出這n個擬合系數(shù)比值數(shù)據(jù)的方差，將所有u×v個陀螺儀對都進(jìn)行上述操作，共求出u×v個方差值； (5)u×v個方差中，方差值越小的陀螺儀對，其相似性越接近。
本發(fā)明的原理是一種MEMS陀螺儀的差分應(yīng)用方法，挑選兩個環(huán)境敏感特性相似性接近的MEMS陀螺儀組成陀螺儀差分對，如圖4所示，通過安裝使兩個MEMS陀螺儀的角速度敏感軸OA1和OA2方向相反，并均與同一條被測轉(zhuǎn)動軸AX平行，敏感同一個外界輸入角速度ω。在圖4中，稱敏感軸與外界輸入角速度同向的陀螺儀為正向陀螺儀，稱敏感軸與外界輸入角速度反向的陀螺儀為負(fù)向陀螺儀。組成陀螺儀差分對的兩個MEMS陀螺儀，一般是在同一批MEMS陀螺儀中挑選出來的。同一批MEMS陀螺儀是應(yīng)用同種原理、在同種加工工藝條件下制作出來的，其環(huán)境敏感特性比較相似。然后，利用陀螺儀測試實(shí)驗(yàn)精確的測試、標(biāo)定同一批MEMS陀螺儀，相互比較，挑選出環(huán)境敏感特性相似性接近的陀螺儀組成陀螺儀差分對。這樣就滿足了差分應(yīng)用方法的要求。
MEMS陀螺儀中溫度是環(huán)境影響因素中最主要的誤差源。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溫度的變化會使MEMS陀螺儀的輸出電壓發(fā)生很大的變化。這主要是因?yàn)镸EMS陀螺儀的敏感元件是由微加工工藝制作而成，體積非常小，厚度僅有數(shù)個微米，長度和寬度也不過幾個毫米，溫度變化必然引起的熱脹冷縮，會使MEMS陀螺儀的敏感元件發(fā)生變形，并改變其內(nèi)部應(yīng)力分布，從而改變MEMS陀螺儀的動力學(xué)特性；另外，溫度的變化還會嚴(yán)重的影響信號處理電路的特性，使其內(nèi)部集成電路的電子元件特性發(fā)生溫度漂移等變化，從而影響MEMS陀螺儀的電學(xué)特性。一般的，當(dāng)溫度升高時，MEMS陀螺儀的輸出電壓也隨之升高，而且，在一定的溫度范圍里，電壓隨溫度的變化可近似為線性關(guān)系。當(dāng)然也有個別MEMS陀螺儀在微加工過程中形成的結(jié)構(gòu)，使其在溫度升高時，輸出電壓隨著降低，對他們則需要選擇同樣的隨著溫度升高而輸出電壓降低的MEMS陀螺儀與之配對，組成陀螺儀差分對。其他誤差源的影響分析類似。
根據(jù)陀螺儀的工作原理和測試原理，可得出MEMS陀螺儀輸出電壓U與輸入角速度ω之間的關(guān)系式，將輸出電壓U和可以測試、標(biāo)定和補(bǔ)償?shù)膎個確定性誤差項(xiàng)Wi放在等式的左邊，將未知的輸入角速度ω和難以測試、標(biāo)定、補(bǔ)償?shù)牟淮_定性誤差項(xiàng)、以及噪聲項(xiàng)放在等式的右邊，則等式形式如下 式中 U——某測試時刻陀螺儀的輸出電壓值 Wi——測試時刻第i個確定性誤差項(xiàng)，i＝1，...，n Kwi——第i個確定性誤差項(xiàng)的系數(shù)，i＝1，...，n m——可測試、標(biāo)定和補(bǔ)償?shù)拇_定性誤差項(xiàng)的個數(shù) ω——測試時刻的輸入角速度 K——此陀螺儀的標(biāo)度因數(shù) D——測試時刻不確定性誤差項(xiàng)影響量的總和 Kd——不確定性總誤差系數(shù)，即環(huán)境系數(shù) N——測試時的測量噪聲 式(1)等式左邊各個參數(shù)值均可通過標(biāo)定等實(shí)驗(yàn)方法得到，其中，U為陀螺儀的輸出電壓，可以由數(shù)模轉(zhuǎn)換電路直接得出；Wi可以由相應(yīng)的傳感器測量得出，例如，與加速度有關(guān)項(xiàng)中的加速度可由加速度的輸出確定；Kwi可以按照測試標(biāo)準(zhǔn)測試并標(biāo)定出來。式(1)等式右邊的陀螺標(biāo)度因數(shù)K可以按照測試標(biāo)準(zhǔn)測試并標(biāo)定出來；ω為需要精確求取的未知量；D是不確定性誤差項(xiàng)影響量的總和，目前尚無有效的手段將其精確量化，是難以把握、難以通過現(xiàn)有手段測試、標(biāo)定、建模、補(bǔ)償?shù)牧?，也是本發(fā)明針對的對象；由于D難以量化，使得Kd也難以量化，測量過程中僅能確定Kd·D的值，無法單獨(dú)確定D或Kd的值；N為測量噪聲，近似為白噪聲，其數(shù)學(xué)期望值近似為零，當(dāng)將一段時間中的大量測量值平均后，N的影響基本可以消除掉。
根據(jù)右手螺旋原則，如圖4所示，當(dāng)沿著被測轉(zhuǎn)動軸AX有一個輸入角速度ω時，則正向陀螺儀的敏感軸OA1感受到的輸入角速度為+ω，而負(fù)向陀螺儀的敏感軸OA2感受到的輸入角速度為-ω。為了區(qū)別兩個陀螺儀的參數(shù)，給正向陀螺儀參數(shù)標(biāo)注下標(biāo)1，給負(fù)向陀螺儀參數(shù)標(biāo)注下標(biāo)2。則根據(jù)式(1)得出正向陀螺儀的輸入輸出關(guān)系滿足 負(fù)向陀螺儀的輸入輸出關(guān)系滿足 由于正向陀螺儀和負(fù)向陀螺儀在空間距離很近，而且本身體積很小，又固定在一起感受同一個被測轉(zhuǎn)動軸上輸入的角速度，所以，有足夠的理由近似認(rèn)為兩個陀螺儀所處的外界環(huán)境相同，即式(2)中的不確定性誤差總量D1與式(3)中的不確定性誤差總量D2相同，假設(shè)為D，則 D1＝D2＝D(4) 由式(2)得 由式(3)得 在某個已知輸入角速度ω下，取一段時間內(nèi)m個數(shù)據(jù)作平均，以去除噪聲N的影響，U1j、U2j分別表示正負(fù)陀螺儀第j個電壓采樣值，N1j、N2j分別表示正負(fù)陀螺儀第j個采樣數(shù)據(jù)所含噪聲，j＝1...m。由式(5)和式(6)得 由環(huán)境系數(shù)定義可以得到 (9) 環(huán)境系數(shù)比值為 考慮到式(4)則有 考慮到N為測量噪聲，近似為白噪聲，其數(shù)學(xué)期望值近似為零，則有 則有 在輸入角速度ω已知的測試試驗(yàn)中，等式(13)右邊各個參數(shù)均可確定，故利用上述方法可以測量出環(huán)境系數(shù)比值的大小。
在陀螺儀實(shí)際工作應(yīng)用時，輸入角速度ω在不停的變化，系統(tǒng)最主要的任務(wù)就是盡量精確的確定輸入角速度ω，由式(10)得 K1d＝Kbd·K2d(14) 故將式(3)兩端同時乘以Kbd，則得 以式(2)減去式(15)得 考慮到式(4)的關(guān)系，則上式化為 又考慮到式(14)的關(guān)系，則上式中D的系數(shù)等于0，上式化為 由式(18)可得出在陀螺儀實(shí)際工作應(yīng)用時，輸入角速度ω的實(shí)時解算公式為 公式(19)右邊的各個參數(shù)中，N1和N2為測量噪聲，一般近似為高斯分布，在實(shí)時導(dǎo)航過程中，有成熟的濾波方法可用來抑制其影響，令 則Nc也為高斯分布的測量噪聲。這樣，輸入角速度ω的實(shí)時解算公式(19)化為 實(shí)時解算公式(21)中，U1和U2分別為正向和反向兩個MEMS陀螺儀的實(shí)時輸出電壓值，Kbd可利用公式(13)根據(jù)測試數(shù)據(jù)求出，剩下的其他參數(shù)均可在導(dǎo)航前利用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)測試方法測試、標(biāo)定出來。所以利用公式(21)可以在導(dǎo)航過程中實(shí)時求出輸入角速度ω的值。公式(21)中不含表示測試時刻不確定性誤差項(xiàng)影響量的參數(shù)D，所以利用以上方法實(shí)時求取的輸入角速度ω不受環(huán)境因素的影響。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明利用兩個MEMS陀螺儀測量同一個被測轉(zhuǎn)動軸上的輸入角速度，具有以下兩方面的優(yōu)點(diǎn) (1)本發(fā)明采用的陀螺議差分應(yīng)用方法，使導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用時的角速度求取公式里，不含不確定性環(huán)境誤差因素的影響量，因而可以避免大部分環(huán)境因素，例如溫度、電磁、震動、甚至輻射、重力異常、濕度、氣壓等因素造成的測量誤差，可大大提高測量精度。
(2)本發(fā)明采用的陀螺議差分應(yīng)用方法中，組成差分陀螺對的兩個陀螺儀的相似性越高，組成導(dǎo)航系統(tǒng)后的導(dǎo)航精度就越能大大提高，這就把目前難度很大的通過改善MEMS陀螺儀加工工藝的方法來提高慣性器件和導(dǎo)航系統(tǒng)精度的問題，轉(zhuǎn)化為了難度不大的通過提高兩個陀螺儀相似性的方法來提高慣性器件和導(dǎo)航系統(tǒng)精度的問題。降低了解決問題的難度和成本，提高了導(dǎo)航系統(tǒng)的精度。



圖1為MEMS陀螺儀三維立體示意圖； 圖2為MEMS陀螺儀二維平面示意圖； 圖3為利用單個MEMS陀螺儀測量某被測轉(zhuǎn)動軸的示意圖； 圖4為敏感軸垂直安裝基準(zhǔn)面的微型MEMS陀螺儀對測量角速度示意圖，圖中1、正向陀螺儀，2、反向陀螺儀； 圖5為敏感軸平行安裝基準(zhǔn)面的微型MEMS陀螺儀對測量角速度示意圖，圖中1、正向陀螺儀，2、反向陀螺儀； 圖6為敏感軸垂直安裝基準(zhǔn)面的CRS03微型MEMS陀螺儀對測量角速度示意圖，其中圖6a為主視圖，圖6b為左視圖，圖6c為俯視圖，圖6d為左俯視圖，圖中1、正向陀螺儀，2、反向陀螺儀； 圖7為敏感軸平行安裝基準(zhǔn)面的LCG50微型MEMS陀螺儀對測量角速度示意圖，其中圖7a為主視圖，圖7b為左視圖，圖7c為俯視圖，圖7d為左俯視圖，圖中1、正向陀螺儀，2、反向陀螺儀。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明的第一個實(shí)施例中MEMS陀螺儀以硅MEMS陀螺儀CRS03為實(shí)例。
首先，取一批硅MEMS陀螺儀CRS03，本實(shí)施例取20個，按照常用的陀螺儀測試標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行測試實(shí)驗(yàn)。測試、標(biāo)定出MEMS陀螺儀各個重要參數(shù)，包括各個確定性誤差項(xiàng)以及它們的系數(shù)，通常有零偏、零偏穩(wěn)定性、零偏重復(fù)性、標(biāo)度因數(shù)、標(biāo)度因數(shù)不對稱度、標(biāo)度因數(shù)的重復(fù)性、最大輸入角速度、閾值、分辨率、隨機(jī)游走系數(shù)、輸入軸失準(zhǔn)角、頻帶寬度等參數(shù)。
其次，將這批MEMS陀螺儀CRS03平均分為兩組，每組10個。利用單軸速率轉(zhuǎn)臺進(jìn)行轉(zhuǎn)臺試驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)夾具將一組MEMS陀螺儀的敏感軸平行轉(zhuǎn)臺自轉(zhuǎn)軸方向向上固定于轉(zhuǎn)臺上，將另一組MEMS陀螺儀的敏感軸平行轉(zhuǎn)臺自轉(zhuǎn)軸方向向下固定于轉(zhuǎn)臺上。在輸入角速率范圍內(nèi)，選取多個輸入角速率，按照設(shè)定的采樣頻率測試并存儲陀螺儀輸出數(shù)據(jù)。
再次，根據(jù)處理的數(shù)據(jù)選取環(huán)境敏感特性相似性最接近的兩個MEMS陀螺儀組成陀螺儀差分對。所述的敏感特性相似性的判定步驟如下 (1)把20個待測陀螺儀分為兩批，10個正向安裝，10個反向安裝，同時進(jìn)行速率實(shí)驗(yàn)，按時間序列t采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)y(t)； (2)分別以4階多項(xiàng)式y(tǒng)(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3+a4t4擬合各個被測陀螺儀的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出每個陀螺儀的各階系數(shù)a0，a1，a2，a3，a4； (3)將10個正向陀螺儀和10個反向陀螺儀都一一對應(yīng)共組成10×10＝100個陀螺儀對； (4)以陀螺儀對中的正向陀螺儀的各級擬合系數(shù)對應(yīng)除以反向陀螺儀的各級擬合系數(shù)，得出5個擬合系數(shù)比值數(shù)據(jù)，然后求出這5個擬合系數(shù)比值數(shù)據(jù)的方差，將所有100個陀螺儀對都進(jìn)行上述操作，共求出100個方差值； (5)100個方差中，方差值越小的陀螺儀對，其相似性越接近。
最后，將選出的CRS03微硅MEMS陀螺儀對安裝在需要測量的載體上，其差分原理示意圖如圖4所示，具體安裝示意圖如圖6所示，通過安裝使兩個MEMS陀螺儀的角速度敏感軸方向相反，并均與被測轉(zhuǎn)動軸平行，敏感同一個外界輸入角速度，應(yīng)用公式(21)即可在系統(tǒng)中實(shí)時解算出高精度的輸入角速度值。
本發(fā)明的第二個實(shí)施例中MEMS陀螺儀以BEI公司生產(chǎn)的石英MEMS陀螺儀LCG50為例。
此時，陀螺儀的測試實(shí)驗(yàn)、標(biāo)定方法、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、陀螺儀對的選取，都與實(shí)施例一相同。不同的是，CRS03的角速度敏感軸方向垂直于陀螺儀安裝基準(zhǔn)面，而LCG50的角速度敏感軸方向平行于陀螺儀安裝基準(zhǔn)面。
故將選出的LCG50MEMS陀螺儀對安裝在需要測量的載體上時，安裝方式的差分原理示意圖如圖5所示，具體安裝示意圖如圖7所示。通過安裝使兩個MEMS陀螺儀的角速度敏感軸方向相反，并均與被測轉(zhuǎn)動軸平行，敏感同一個外界輸入角速度，應(yīng)用公式(21)在系統(tǒng)中實(shí)時解算出高精度的輸入角速度值。
權(quán)利要求
1.一種MEMS陀螺儀的差分測量方法，其特征在于包括下列步驟
(1)挑選兩個環(huán)境敏感特性相似性接近的MEMS陀螺儀組成陀螺儀差分對；
(2)通過安裝使兩個MEMS陀螺儀的角速度敏感軸方向相反，并均與同一條被測轉(zhuǎn)動軸平行，敏感同一個外界輸入角速度；
(3)通過測試、標(biāo)定試驗(yàn)，確定兩個陀螺儀的特性參數(shù)以及二者之間的環(huán)境系數(shù)比值，在實(shí)際應(yīng)用時，按照輸入角速度實(shí)時解算公式，解算出高精度的輸入角速度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MEMS陀螺儀的差分測量方法，其特征在于所述的敏感特性相似性的判定步驟如下
(1)把待測陀螺儀分為兩批，一批正向安裝，另一批反向安裝，同時進(jìn)行速率實(shí)驗(yàn)，假設(shè)正向安裝的陀螺儀個數(shù)為u個，反向安裝的陀螺儀個數(shù)為v個，按時間序列t采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)y(t)；
(2)分別以n階多項(xiàng)式y(tǒng)(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3+…+an-1tn-1+antn擬合各個被測陀螺儀的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出每個陀螺儀的各階系數(shù)a0，a1，a2，…，an-1，an；
(3)將每個正向陀螺儀和每個反向陀螺儀都一一對應(yīng)共組成u×v個陀螺儀對；
(4)以陀螺儀對中的正向陀螺儀的各級擬合系數(shù)對應(yīng)除以反向陀螺儀的各級擬合系數(shù)，得出n個擬合系數(shù)比值數(shù)據(jù)，然后求出這n個擬合系數(shù)比值數(shù)據(jù)的方差，將所有u×v個陀螺儀對都進(jìn)行上述操作，共求出u×v個方差值；
(5)u×v個方差中，方差值越小的陀螺儀對，其相似性越接近。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MEMS陀螺儀的差分測量方法，其特征在于所述的環(huán)境系數(shù)比值Kbd的計(jì)算公式為
其中，Kbd表示環(huán)境系數(shù)比值；i表示取定性誤差的序號，i＝1，...n，n＝2～7，j表示每次參與數(shù)據(jù)平滑處理的數(shù)據(jù)個數(shù)，j＝1，...m，m＝8～30。U1j表示正向陀螺儀第j個采樣點(diǎn)的輸出電壓，U2j表示負(fù)向陀螺儀第j個采樣點(diǎn)的輸出電壓，K1wj表示正向陀螺儀第j個采樣點(diǎn)的確定性誤差項(xiàng)系數(shù)，K2wj表示負(fù)向陀螺儀第j個采樣點(diǎn)的確定性誤差項(xiàng)系數(shù)，W1i表示正向陀螺儀測試時刻第i個確定性誤差項(xiàng)，W2i表示負(fù)向陀螺儀測試時刻第i個確定性誤差項(xiàng)，K1表示正向陀螺儀的標(biāo)度因數(shù)，K2表示負(fù)向陀螺儀的標(biāo)度因數(shù)，ω表示測試時刻的輸入角速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MEMS陀螺儀的差分測量方法，其特征在于所述的輸入角速度實(shí)時解算公式為
其中，Nc是高斯白噪聲，N1表示正向陀螺儀測試時的測量噪聲，N2表示負(fù)向陀螺儀測試時的測量噪聲。
全文摘要
一種MEMS陀螺儀的差分測量方法，挑選兩個環(huán)境敏感特性相似性接近的MEMS陀螺儀組成陀螺儀差分對，通過安裝使兩個MEMS陀螺儀的角速度敏感軸方向相反，并均與同一條被測轉(zhuǎn)動軸平行，敏感同一個外界輸入角速度，通過測試、標(biāo)定試驗(yàn)，確定兩個陀螺儀的主要參數(shù)以及二者之間的環(huán)境系數(shù)比值，在實(shí)際應(yīng)用時，按照輸入角速度實(shí)時解算公式，解算出高精度的輸入角速度值。本發(fā)明選用相同類型、相同加工工藝的陀螺儀，利用了同種類型MEMS陀螺儀對環(huán)境因素反應(yīng)特性的相似性，差分安裝抑制輸出漂移的特性，通過對陀螺對輸出數(shù)據(jù)的處理來提高M(jìn)EMS陀螺儀的測量精度。本發(fā)明適用于各種MEMS陀螺儀的應(yīng)用領(lǐng)域，尤其適用于要求MEMS陀螺儀成本低，系統(tǒng)輸出精度高的場合。
文檔編號G01C19/56GK101158582SQ200710176338
公開日2008年4月9日 申請日期2007年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月25日
發(fā)明者房建成, 張海鵬, 馮浩楠, 蔣顏瑋, 馬艷武, 譚麗偉 申請人:北京航空航天大學(xué)