專利名稱：：一種慣性器件的溫度誤差補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種慣性器件的溫度誤差補(bǔ)償方法，可應(yīng)用于陀螺儀、加速度計(jì)等慣性器件的溫度誤差建模與補(bǔ)償，屬于慣性器件測(cè)試、標(biāo)定、誤差補(bǔ)償領(lǐng)域，也是慣性導(dǎo)航、組合導(dǎo)航領(lǐng)域的主要關(guān)鍵技術(shù)。
背景技術(shù)：
：慣性導(dǎo)航系統(tǒng)具有全自主、高隱蔽性、高帶寬、連續(xù)輸出等特點(diǎn)，在國(guó)防上具有戰(zhàn)略意義，是航空、航天、航海等領(lǐng)域中最重要的設(shè)備之一。慣性器件(陀螺和加速度計(jì))的性能是影響慣性導(dǎo)航系統(tǒng)精度的主要因素，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差的80%由器件誤差引起，因此，提高慣性器件的精度是慣性技術(shù)發(fā)展過程中最為主要的研究?jī)?nèi)容。提高慣性器件的精度一般有兩條途徑(1)改變慣性器件的工作原理或改進(jìn)器件的加工工藝；(2)對(duì)慣性器件進(jìn)行精確誤差建模，通過誤差補(bǔ)償?shù)姆椒▉硖岣咂骷阅堋Ｒ话闱闆r下，改進(jìn)慣性器件加工工藝往往需要付出較大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)，器件的成本將大大提高；因此，精確的誤差建模與補(bǔ)償對(duì)于提高慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度具有十分重要的意義。溫度誤差是慣性器件的主要誤差之一。一般情況下，由外界溫度變化引起的陀螺漂移和加計(jì)零偏將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于器件的隨機(jī)誤差，對(duì)于光纖陀螺和MEMS陀螺，將高出幾十倍甚至上百倍。因此，為確保器件的輸出精度，必須對(duì)其進(jìn)行精確的溫度建模與補(bǔ)償。慣性器件的溫度誤差除了跟器件自身的溫度特性相關(guān)外，還跟供電電壓的溫度漂移直接相關(guān)。當(dāng)供電電壓變化時(shí)，慣性器件的輸出信號(hào)會(huì)隨之變化，因此，供電電壓的溫度漂移將等效成陀螺漂移和加計(jì)零偏。此外，陀螺和加速度計(jì)輸出的模擬信號(hào)需AD轉(zhuǎn)換后才能使用，AD轉(zhuǎn)換電路參考電壓Vref的溫度漂移也將等效成陀螺漂移和加計(jì)零偏?？偨Y(jié)以上分析可知，陀螺及加速度計(jì)的溫度誤差中往往包含三個(gè)因素慣性器件自身的溫度誤差、慣性器件供電電壓的溫度漂移引起的輸出誤差、AD采樣電路參考電壓的溫度漂移引入的采樣誤差。因此，慣性器件輸出信號(hào)的溫度誤差模型比較復(fù)雜，無法用簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行建模和補(bǔ)償，目前現(xiàn)有的補(bǔ)償方法均沒有考慮AD采樣電路的因素，因此，建立的模型不能對(duì)器件的輸出誤差進(jìn)行有效的補(bǔ)償。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的技術(shù)解決問題是基于慣性器件溫度誤差模型較為復(fù)雜這一特點(diǎn)，克服傳統(tǒng)的溫度誤差建模與補(bǔ)償方法的不足，提出了一種溫度誤差建模與補(bǔ)償新方法，該方法通過同時(shí)采樣慣性器件輸出電壓及供電電壓來消除電路漂移對(duì)器件輸出精度的影響，可大大簡(jiǎn)化慣性器件的溫度誤差模型，提高溫度誤差的補(bǔ)償精度。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種慣性器件的溫度誤差補(bǔ)償新方法，其實(shí)現(xiàn)步驟及實(shí)現(xiàn)原理如下第一步，對(duì)慣性器件的輸出電壓及供電電壓V。。同時(shí)進(jìn)行AD采樣。其中，陀螺的輸出電壓及加速度計(jì)的輸出電壓廠<^經(jīng)AD采樣后的數(shù)字量Dg及Da可表示為ω表示角速度，a表示加速度，ki表示陀螺刻度系數(shù)，k3表示加速度計(jì)的刻度系數(shù)，對(duì)慣性器件供電電壓V。。進(jìn)行AD采樣，得到的采樣值為Vref為AD采樣電路的參考電壓，k2為AD采樣電路的比例系數(shù)；第二步，將陀螺輸出信號(hào)的采樣值Dg、加速度計(jì)輸出信號(hào)的采樣值Da與供電電壓的采樣值相比，求得陀螺的角速度ω及加速度計(jì)的加速度a的計(jì)算公式為當(dāng)外界溫度變化時(shí)，慣性器件的供電電壓由V。。變?yōu)閂。。'，AD采樣電路的參考電壓由變?yōu)閁，此時(shí)慣性器件的輸出電壓及供電電壓的AD采樣值為將(6)式和(7)式相比得對(duì)比式(5)及式⑶得，DgIDvcc=D:[DK:，DjDv。利用與D、的比值計(jì)算得到的ω值不隨V。。及Vref變化；利用Da與^^的比值計(jì)算得到的a值不隨V。。及Vref變化。第三步，根據(jù)第二步計(jì)算得到的角速度ω及加速度a中包含慣性器件自身溫度誤差Δω(T)、Aa(T)，建立溫度誤差Δω(T)及Aa(T)與溫度T之間的模型如式(9)所示，并用該模型對(duì)陀螺及加速度計(jì)的輸出信號(hào)進(jìn)行溫度誤差補(bǔ)償上式(9)中，T為溫度，ΔT為溫度梯度，a，b，c，d分別為陀螺溫度誤差模型參數(shù)；a'，b'，c'，d'分別為加速度計(jì)溫度誤差模型參數(shù)；第四步，利用第三步所建的溫度誤差模型，對(duì)完成電路漂移補(bǔ)償后的慣性器件的輸出信號(hào)進(jìn)行溫度誤差補(bǔ)償。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于(1)傳統(tǒng)的誤差補(bǔ)償方法需要分別建立慣性器件、供電電源模塊、參考電壓芯片的溫度漂移模型，通過多級(jí)補(bǔ)償?shù)姆绞窖a(bǔ)償慣性器件的溫度相關(guān)誤差；一般情況下，慣性器件、供電電源模塊、參考電壓芯片所處的溫度場(chǎng)不同，單一溫度傳感器的輸出很難準(zhǔn)確地反映三個(gè)不同地點(diǎn)的溫度變化，因此，所建立的溫度模型往往存在一定的偏差，誤差補(bǔ)償效果很難得到保證。(2)相比傳統(tǒng)的溫度誤差補(bǔ)償方法，本發(fā)明對(duì)器件輸出信號(hào)及供電信號(hào)同時(shí)進(jìn)行AD采樣，將兩者采樣值相比來消除供電模塊及參考電壓芯片溫漂對(duì)器件輸出精度的影響；溫度補(bǔ)償只需要建立慣性器件的單一誤差模型即可，簡(jiǎn)化了誤差補(bǔ)償模型，有效地提高了溫度誤差補(bǔ)償精度。圖1為本發(fā)明實(shí)施例中陀螺、供電電壓、參考電壓的溫度漂移曲線；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中一次上電升降溫過程中陀螺的角速度輸出曲線；圖3為本發(fā)明所述的溫度補(bǔ)償新方法的實(shí)現(xiàn)步驟；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中補(bǔ)償電路溫度漂移后陀螺的輸出曲線；圖5為本發(fā)明實(shí)施例中完成溫度補(bǔ)償后陀螺的輸出曲線；圖6為本發(fā)明實(shí)施例中補(bǔ)償電路溫度漂移后加速度計(jì)的輸出曲線；圖7為本發(fā)明實(shí)施例中完成溫度補(bǔ)償后加速度計(jì)的輸出曲線。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明的實(shí)施過程和效果。實(shí)施例1下面以AD公司的ADIS16130型MEMS陀螺的溫度誤差補(bǔ)償為例來闡述本發(fā)明的具體實(shí)施過程。ADIS16130型MEMS陀螺在常溫下的輸出精度大約為30°/h，其輸出角速度將隨外界溫度產(chǎn)生較大的漂移，外界溫度每變化rc，產(chǎn)生的漂移大約為125°/h；該陀螺需要選用電源模塊供電，電源模塊每產(chǎn)生Imv的溫度漂移，陀螺輸出信號(hào)變化180°/h。此外，該陀螺的模擬信號(hào)需AD轉(zhuǎn)換后才能進(jìn)入計(jì)算機(jī)使用，AD轉(zhuǎn)換電路參考電壓芯片的輸出電壓Vref每變化lmv，將產(chǎn)生360°/h的陀螺漂移。因此，為了確保該陀螺的使用精度，必須對(duì)其進(jìn)行精確的溫度補(bǔ)償，使得經(jīng)溫度補(bǔ)償后陀螺的輸出精度控制在30°/h左右。圖1為外界溫度從0°C變化至50°C時(shí)，陀螺輸出信號(hào)、陀螺供電電壓、AD轉(zhuǎn)換電路參考電壓的溫度漂移曲線；由曲線可知，當(dāng)外界溫度從0°c變化至50°C時(shí)，供電電壓和參考電壓的溫度漂移大約為lmv，陀螺輸出角速度的溫度漂移大約為0.3°/s，即1800°/h。圖2為ADIS16130型MEMS陀螺一次上電升降溫過程中的角速度輸出曲線(其中陀螺輸出角速度經(jīng)AD采樣得到)。由圖2可知，器件的溫度模型中存在較大的非線性誤差，當(dāng)外界溫度由升溫變?yōu)榻禍貢r(shí)，陀螺輸出角速度表現(xiàn)出明顯的滯環(huán)誤差，因此，常規(guī)的多項(xiàng)式擬合的方法無法對(duì)器件進(jìn)行溫度建模和補(bǔ)償。如圖3所示，本發(fā)明的陀螺溫度誤差補(bǔ)償方法具體實(shí)現(xiàn)過程如下第一步，對(duì)陀螺的輸出電壓及供電電壓V。。同時(shí)進(jìn)行AD采樣。其中，陀螺的理想輸出模型可表示為V^t=^Vcc+ψ0ω(1)式(1)中，ω表示角速度，Ic1表示陀螺刻度系數(shù)。AD采樣電路原理可表示為D=^Xk2(2)Vref上式(2)中，D表示AD采樣電路輸出的數(shù)字量，V,采樣電路的參考電壓，k2為AD采樣電路的比例系數(shù)。由式(1)及式(2)可知，理想的陀螺輸出信號(hào)經(jīng)AD采樣后的數(shù)字量可表示為^Kc+kIvCC^1Vr^-2k2={-+kxm)k2^-(3)SVref2Vref對(duì)陀螺供電電壓V。。進(jìn)行AD采樣，得到的采樣值可表示為Dv=^-Xk2(4)^Kef第二步，將陀螺輸出信號(hào)的采樣值Dg與供電電壓采樣值相比，可以求得陀螺的角速度信號(hào)，其計(jì)算公式為Ds1~f-=-+kxO(5)DVCC2當(dāng)外界溫度變化時(shí)，陀螺供電電壓由V。。變?yōu)閂。。'，AD采樣電路的參考電壓由Vref變?yōu)閃；此時(shí)，陀螺輸出信號(hào)及供電電壓的AD采樣值可表示為7=(去+、慫)、·^^ref(6)2η‘-Ycc_K將式(6)與式(7)相比可得=—+(7)η(8)KcDv。因此，利用Dg與認(rèn)的比值計(jì)算CC^CC對(duì)比式(5)及式⑶可知，Dg/Dkc=D得到的ω值不隨V。。及Vref變化，該方法即可消除供電電壓及AD轉(zhuǎn)換電路參考電壓的溫度漂移對(duì)器件輸出精度的影響。第三步，根據(jù)第二步計(jì)算得到的角速度ω中包含陀螺自身的溫度誤差Δω(Τ)，建立溫度誤差Δω(T)與溫度T之間的模型如式(9)所示，并用該模型對(duì)陀螺的輸出信號(hào)進(jìn)行溫度誤差補(bǔ)償Δω(T)=aT2+bT+cΔT+d(9)上式(9)中，T為溫度，ΔT為溫度梯度，a，b，c，d分別為溫度誤差模型參數(shù)；可以通過最小二乘擬合的方法得到，具體計(jì)算公式為=.2.·.X.(10)a'T12Τ]ΔΙ；1bητ2AT21C‘；d_T2nTn1Αω2(Τ)χΑωη(Τ)_上式(10)中，TiG=1，2…η)表示第i時(shí)刻溫度的采樣值，ΔΤ^=1，2…η)表示第i時(shí)刻溫度梯度的采樣值，ΔCoi(T)(i=1，2…η)表示第i時(shí)刻陀螺溫度誤差計(jì)算值，可由式(8)計(jì)算得到，η表示采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)。第四步，利用第三步所建的溫度誤差模型，對(duì)完成電路漂移補(bǔ)償后的陀螺輸出信號(hào)進(jìn)行溫度誤差補(bǔ)償。補(bǔ)償前后的陀螺角速度曲線分別如圖4及圖5所示。如圖4所示，利用本發(fā)明所述方法補(bǔ)償供電電壓及參考電壓芯片的溫度漂移誤差后，一次上電升降溫過程中陀螺的輸出曲線有較好的線性度且在升降溫時(shí)不存在滯環(huán)誤差。對(duì)比圖2，可明顯地看出電路漂移的補(bǔ)償效果。圖5為完成誤差補(bǔ)償后的陀螺的輸出曲線，由圖示曲線可知，當(dāng)外界溫度從0°C變化到50°C時(shí)，陀螺輸出角速度的溫度誤差已完全得到了補(bǔ)償，補(bǔ)償后的輸出精度大約為30°/h，達(dá)到了預(yù)期的補(bǔ)償效果。實(shí)施例2下面以瑞士colibrys公司MS8002加速度計(jì)的溫度誤差補(bǔ)償為例來闡述本發(fā)明的具體實(shí)施過程。MS8002型MEMS加速度計(jì)在常溫下的輸出精度大約為0.05mg，其輸出零偏將隨外界溫度產(chǎn)生較大的變化，外界溫度每變化l°c，產(chǎn)生的零偏大約為0.25mg；加速度計(jì)需8Imv的溫度漂移，加速度計(jì)的輸出信號(hào)將變化0.5mg。此外，該加速度計(jì)的模擬信號(hào)需AD轉(zhuǎn)換后才能進(jìn)入計(jì)算機(jī)使用，AD轉(zhuǎn)換電路參考電壓芯片的輸出電壓每變化lmv，采樣結(jié)果中將引入Img的加速度計(jì)零偏。因此，為了確保該加速度計(jì)的使用精度，必須對(duì)其進(jìn)行精確的溫度補(bǔ)償，使得經(jīng)溫度補(bǔ)償后加速度計(jì)的輸出精度控制在0.05mg左右。參考實(shí)施例1中對(duì)MEMS陀螺溫度誤差補(bǔ)償?shù)姆椒?，可以得到MEMS加速度計(jì)溫度誤差補(bǔ)償方法的具體實(shí)現(xiàn)過程如下第一步，對(duì)加速度計(jì)的輸出電壓及供電電壓V。。同時(shí)進(jìn)行AD采樣。其中，加速度計(jì)的理想輸出模型可表示為剛C=▲‘+￥>⑴式(1)中，a表示加速度，k3表示加速度計(jì)的刻度系數(shù)。AD采樣電路原理可表示為D=^xk2(2)Vref上式(2)中，D表示AD采樣電路輸出的數(shù)字量，V,efSAD采樣電路的參考電壓，k2為AD采樣電路的比例系數(shù)。由式(1)及式(2)可知，理想的加速度計(jì)輸出信號(hào)經(jīng)AD采樣后的數(shù)字量可表示為^oq1\yCC^^yccaιγD2-k{l+ka)kIc^(3)Kef2…Vref對(duì)加速度計(jì)供電電壓V。。進(jìn)行AD采樣，得到的采樣值可表示為VDycx=TT-Xk2⑷Vref第二步，將加速度計(jì)輸出信號(hào)的采樣值Da與供電電壓采樣值相比，可以求得加速度計(jì)輸出的加速度信號(hào)，其計(jì)算公式為Da1,=-+Μ(5)uVcc2當(dāng)外界溫度變化時(shí)，加速度計(jì)的供電電壓由V。。變?yōu)閂。。'，AD采樣電路的參考電壓由變?yōu)閁；此時(shí)，加速度計(jì)輸出信號(hào)及供電電壓的AD采樣值可表示為,1V‘Da二+(6)2Kef,V‘Dv(7)將式(6)與式(J)相比可得9α眾3+1I2IlK219Oo___(8)ZY。因此，利用Da與/^的比值計(jì)算^ccVCc對(duì)比式(5)及式⑶可知，Da//^=得到的a值不隨V。。及變化，該方法即可消除供電電壓及AD轉(zhuǎn)換電路參考電壓的溫度漂移對(duì)加速度計(jì)輸出精度的影響。第三步，根據(jù)第二步計(jì)算得到的加速度a中包含加速度計(jì)自身的溫度誤差A(yù)a(T),建立溫度誤差A(yù)a(T)與溫度T之間的模型如式(9)所示，并用該模型對(duì)加速度計(jì)的輸出信號(hào)進(jìn)行溫度誤差補(bǔ)償Aa(T)=a'T2+b'T+c'ΔΤ+d'(9)上式(9)中，T為溫度，ΔΤ為溫度梯度，a'，b'，C'，d'分別為加速度計(jì)溫度誤差模型參數(shù)，可以通過最小二乘擬合的方法得到，具體計(jì)算公式為'1AT,1VT22T2ΔΓ21c'；；·Λ2TnΔΓ1'Aa^(T)'Aa2(T)χι(10)上式(10)中，TiG=1，2…η)表示第i時(shí)刻溫度的采樣值，ΔΤ^=1，2…η)表示第i時(shí)刻溫度梯度的采樣值，Aai(T)(i=1，2…η)表示第i時(shí)刻加速度計(jì)溫度誤差計(jì)算值，可由式(8)計(jì)算得到，η表示采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)。第四步，利用第三步所建的溫度誤差模型，對(duì)完成電路漂移補(bǔ)償后的加速度計(jì)輸出信號(hào)進(jìn)行溫度誤差補(bǔ)償。補(bǔ)償前后的加速度計(jì)的零偏誤差曲線分別如圖6及圖7所示。如圖6所示，利用本發(fā)明所述方法補(bǔ)償供電電壓及參考電壓芯片的溫度漂移誤差后，一次上電升降溫過程中加速度計(jì)的輸出曲線有較好的線性度且在升降溫時(shí)不存在滯環(huán)誤差。圖7為完成誤差補(bǔ)償后的加速度計(jì)的輸出曲線，由圖示曲線可知，當(dāng)外界溫度從0°C變化到50°C時(shí)，加速度的溫度誤差已完全得到了補(bǔ)償，補(bǔ)償后的輸出精度大約為0.05mg，達(dá)到了預(yù)期的補(bǔ)償效果。總之，本發(fā)明對(duì)器件輸出信號(hào)及供電電壓同時(shí)進(jìn)行AD采樣，利用兩者的采樣值進(jìn)行陀螺的角速率信息(或加速度計(jì)的加速度信息)解算，該方法可消除器件供電電壓及AD轉(zhuǎn)換電路參考電壓的溫度漂移對(duì)器件輸出精度的影響，可大大簡(jiǎn)化器件的溫度誤差模型，提高溫度誤差的補(bǔ)償精度。本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。最后所應(yīng)說明的是以上實(shí)施實(shí)例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，所有的不脫離本發(fā)明的精神和范圍的修改或局部替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。10權(quán)利要求一種慣性器件的溫度誤差補(bǔ)償方法，特征在于其實(shí)現(xiàn)步驟如下第一步，對(duì)慣性器件的輸出電壓及供電電壓Vcc同時(shí)進(jìn)行AD采樣。其中，陀螺的輸出電壓及加速度計(jì)的輸出電壓經(jīng)AD采樣后的數(shù)字量Dg及Da可表示為<mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>D</mi><mi>g</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><msub><mi>V</mi><mi>cc</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>V</mi><mi>cc</mi></msub><mi>ω</mi></mrow><msub><mi>V</mi><mi>ref</mi></msub></mfrac><msub><mi>k</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>+</mo><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub><mi>ω</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mi>k</mi><mn>2</mn></msub><mfrac><msub><mi>V</mi><mi>cc</mi></msub><msub><mi>V</mi><mi>ref</mi></msub></mfrac></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>D</mi><mi>a</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><msub><mi>V</mi><mi>cc</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>k</mi><mn>3</mn></msub><msub><mi>V</mi><mi>cc</mi></msub><mi>a</mi></mrow><msub><mi>V</mi><mi>ref</mi></msub></mfrac><msub><mi>k</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>+</mo><msub><mi>k</mi><mn>3</mn></msub><mi>a</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mi>k</mi><mn>2</mn></msub><mfrac><msub><mi>V</mi><mi>cc</mi></msub><msub><mi>V</mi><mi>ref</mi></msub></mfrac></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>ω表示角速度，a表示加速度，k1表示陀螺刻度系數(shù)，k3表示加速度計(jì)的刻度系數(shù)；對(duì)慣性器件供電電壓Vcc進(jìn)行AD采樣，得到的采樣值為<mrow><msub><mi>D</mi><msub><mi>V</mi><mi>cc</mi></msub></msub><mo>=</mo><mfrac><msub><mi>V</mi><mi>cc</mi></msub><msub><mi>V</mi><mi>ref</mi></msub></mfrac><mo>×</mo><msub><mi>k</mi><mn>2</mn></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>Vref為AD采樣電路的參考電壓，k2為AD采樣電路的比例系數(shù)。第二步，將陀螺輸出信號(hào)的采樣值Dg、加速度計(jì)輸出信號(hào)的采樣值Da與供電電壓的采樣值相比，求得陀螺的角速度ω及加速度計(jì)的加速度a的計(jì)算公式為<mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mfrac><msub><mi>D</mi><mi>g</mi></msub><msub><mi>D</mi><msub><mi>V</mi><mi>cc</mi></msub></msub></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>+</mo><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub><mi>ω</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mfrac><msub><mi>D</mi><mi>a</mi></msub><msub><mi>D</mi><msub><mi>V</mi><mi>cc</mi></msub></msub></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>+</mo><msub><mi>k</mi><mn>3</mn></msub><mi>a</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>當(dāng)外界溫度變化時(shí)，慣性器件的供電電壓由Vcc變?yōu)閂cc′，AD采樣電路的參考電壓由Vref變?yōu)閂ref′，此時(shí)慣性器件的輸出電壓及供電電壓的AD采樣值為<mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msup><msub><mi>D</mi><mi>g</mi></msub><mo>′</mo></msup><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>+</mo><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub><mi>ω</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mi>k</mi><mn>2</mn></msub><mfrac><msup><msub><mi>V</mi><mi>cc</mi></msub><mo>′</mo></msup><msup><msub><mi>V</mi><mi>ref</mi></msub><mo>′</mo></msup></mfrac></mtd></mtr><mtr><mtd><msup><msub><mi>D</mi><mi>a</mi></msub><mo>′</mo></msup><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>+</mo><msub><mi>k</mi><mn>3</mn></msub><mi>a</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mi>k</mi><mn>2</mn></msub><mfrac><msup><msub><mi>V</mi><mi>cc</mi></msub><mo>′</mo></msup><msup><msub><mi>V</mi><mi>ref</mi></msub><mo>′</mo></msup></mfrac></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>6</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msup><msub><mi>D</mi><msub><mi>V</mi><mi>cc</mi></msub></msub><mo>′</mo></msup><mo>=</mo><mfrac><msup><msub><mi>V</mi><mi>cc</mi></msub><mo>′</mo></msup><msup><msub><mi>V</mi><mi>ref</mi></msub><mo>′</mo></msup></mfrac><msub><mi>k</mi><mn>2</mn></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>7</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>將(6)式和(7)式相比得<mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mfrac><msup><msub><mi>D</mi><mi>g</mi></msub><mo>′</mo></msup><msup><msub><mi>D</mi><msub><mi>V</mi><mi>cc</mi></msub></msub><mo>′</mo></msup></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>+</mo><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub><mi>ω</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mfrac><msup><msub><mi>D</mi><mi>a</mi></msub><mo>′</mo></msup><msup><msub><mi>D</mi><msub><mi>V</mi><mi>cc</mi></msub></msub><mo>′</mo></msup></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>+</mo><msub><mi>k</mi><mn>3</mn></msub><mi>a</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>8</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>對(duì)比式(5)及式(8)得，利用Dg與的比值計(jì)算得到的ω值不隨Vcc及Vref變化；利用Da與的比值計(jì)算得到的a值不隨Vcc及Vref變化。第三步，根據(jù)第二步計(jì)算得到的角速度ω及加速度a中包含慣性器件自身的溫度誤差Δω(T)、Δa(T)，建立溫度誤差Δω(T)及Δa(T)與溫度T之間的模型如式(9)所示，并用該模型對(duì)陀螺及加速度計(jì)的輸出信號(hào)進(jìn)行溫度誤差補(bǔ)償<mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mi>Δω</mi><mrow><mo>(</mo><mi>T</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup><mi>aT</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mi>bT</mi><mo>+</mo><mi>cΔT</mi><mo>+</mo><mi>d</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>Δa</mi><mrow><mo>(</mo><mi>T</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup><mi>a</mi><mo>′</mo></msup><msup><mi>T</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>b</mi><mo>′</mo></msup><mi>T</mi><mo>+</mo><msup><mi>c</mi><mo>′</mo></msup><mi>ΔT</mi><mo>+</mo><msup><mi>d</mi><mo>′</mo></msup></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>9</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>上式(9)中，T為溫度，ΔT為溫度梯度，a，b，c，d分別為陀螺溫度誤差模型參數(shù)；a′，b′，c′，d′分別為加速度計(jì)溫度誤差模型參數(shù)；第四步，利用第三步所建的溫度誤差模型，對(duì)完成電路漂移補(bǔ)償后的慣性器件的輸出信號(hào)進(jìn)行溫度誤差補(bǔ)償。FSA00000198368200011.tif,FSA00000198368200012.tif,FSA00000198368200014.tif,FSA00000198368200016.tif,FSA00000198368200024.tif,FSA00000198368200025.tif,FSA00000198368200026.tif全文摘要一種慣性器件的溫度誤差補(bǔ)償新方法，是指對(duì)慣性器件輸出電壓及供電電壓同時(shí)進(jìn)行AD采樣，利用兩者采樣值的比值進(jìn)行陀螺的角速率信息(或加速度計(jì)的加速度信息)解算；再建立角速率信息(或加速度信息)的溫度誤差模型并進(jìn)行補(bǔ)償。該方法可消除慣性器件供電電壓及AD轉(zhuǎn)換電路參考電壓的溫度漂移對(duì)器件輸出精度的影響，可大大簡(jiǎn)化慣性器件的溫度誤差模型，提高器件的溫度誤差補(bǔ)償精度。文檔編號(hào)G01C25/00GK101915588SQ20101023128公開日2010年12月15日申請(qǐng)日期2010年7月14日優(yōu)先權(quán)日2010年7月14日發(fā)明者張仲毅,徐燁烽,李魁,楊國(guó)梁申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)