[發(fā)明專利]一種MEMS三軸陀螺儀誤差標(biāo)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410077433.7
• 申請(qǐng)日: 2014-03-05
• 公開（公告）號(hào): CN103808331B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜小菁;蘭曉陽;倪書豪;翟俊儀;涂海峰;李懷建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C25/00
• 分類號(hào): G01C25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種MEMS三軸陀螺儀的誤差標(biāo)定方法，屬于試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

MEMS陀螺儀是一類應(yīng)用MEMS（MicroElectro-MechanicalSystem）技術(shù)制成的測量運(yùn)動(dòng)物體角速率的慣性測量單元，因其具有體積小、重量輕、成本低以及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，從而推動(dòng)微捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的迅速發(fā)展，在無人機(jī)以及精確制導(dǎo)武器領(lǐng)域獲得廣泛的研究。但這類MEMS陀螺儀容易受自身材料、制造水平以及工作環(huán)境等一系列因素的影響，性能普遍不高。一般來講，陀螺的誤差主要分為確定性誤差及隨機(jī)誤差，前者主要指由擾動(dòng)（敏感物理模型中的參數(shù)變化）和環(huán)境敏感（敏感環(huán)境的干擾）引起的誤差，后者主要指由不確定因素引起的隨機(jī)漂移，其中確定性誤差是微捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)最主要的誤差源。因此微捷聯(lián)慣導(dǎo)在使用之前必須通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)確定出MEMS陀螺儀的各項(xiàng)誤差系數(shù)，以在微捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。

傳統(tǒng)的標(biāo)定方法包括靜態(tài)多位置方法和角速率試驗(yàn)，如先用角速率試驗(yàn)分離出標(biāo)度因數(shù)和安裝誤差系數(shù)，然后進(jìn)行8位置試驗(yàn)，標(biāo)出陀螺誤差系數(shù)中的常數(shù)項(xiàng)及與加速度一次方有關(guān)的誤差項(xiàng)。如果精度要求較高，需辨識(shí)全部的誤差系數(shù)，則需要增加試驗(yàn)的位置數(shù)，可以采用24位置、36位置、48位置等。這種“位置+速率”標(biāo)定方法需要精確的北向基準(zhǔn)和很高的定位精度和調(diào)平精度，這些要求要靠高精度的尋北儀器和水平測量儀器才能實(shí)現(xiàn)。而且MEMS慣性器件和系統(tǒng)在標(biāo)定時(shí)存在的兩個(gè)突出矛盾是失準(zhǔn)角大和測量噪聲大，陀螺根本無法敏感地球的自轉(zhuǎn)角速率，以當(dāng)?shù)氐牡厍蜃赞D(zhuǎn)角速率矢量為參考基準(zhǔn)標(biāo)定安裝誤差比較困難。現(xiàn)有方法通過建立陀螺標(biāo)度因數(shù)與輸入軸失準(zhǔn)角之間的耦合關(guān)系數(shù)學(xué)模型，同時(shí)設(shè)計(jì)一種專用解耦測試設(shè)備，然后應(yīng)用帶約束條件的非線性最小二乘法實(shí)現(xiàn)解耦，計(jì)算出IMU誤差模型參數(shù)，但這種方法需要額外的解耦設(shè)備，增加了標(biāo)定設(shè)備的復(fù)雜度。此外可以通過在三軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)的正交三軸上同時(shí)施加獨(dú)立的勻角速度輸入，經(jīng)過坐標(biāo)變換，使得陀螺坐標(biāo)系各軸敏感到的角速度分量為正弦形式的交變角速度，從而能激發(fā)出陀螺儀所有動(dòng)態(tài)誤差系數(shù)。但這種方法誤差分離技術(shù)較難，標(biāo)定解算工作量大，且MEMS陀螺儀的陀螺零偏常值漂移較大，導(dǎo)致標(biāo)定角度較低，不適合MEMS陀螺儀的標(biāo)定。還有一種通過建立標(biāo)定模型、采用卡爾曼濾波方法估計(jì)出誤差模型的最優(yōu)值從而提供標(biāo)定精度的方法，但這種方法計(jì)算量大，模型建立復(fù)雜，標(biāo)定時(shí)間較長。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有MEMS三軸陀螺儀標(biāo)定技術(shù)的不足，提供一種MEMS三軸陀螺儀誤差標(biāo)定方法，能獲得MEMS三軸陀螺儀的常值誤差、刻度因子誤差以及三軸非正交誤差共9個(gè)誤差系數(shù)。

一種MEMS陀螺儀誤差標(biāo)定方法，具體通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一，建立MEMS陀螺儀的誤差校正矩陣：

ω=K(ω~-ωo)]]>

式中ω表示MEMS陀螺儀的理想輸出，表示MEMS陀螺儀的實(shí)際輸出值，K表示MEMS陀螺儀的誤差校正系數(shù)矩陣，ω_o表示MEMS三軸陀螺儀的常值誤差。

建立三軸MEMS陀螺儀的非正交誤差角坐標(biāo)系，以三軸MEMS陀螺儀中心為原點(diǎn)，以理想正交模型中三軸陀螺儀的矢量指向?yàn)閄、Y、Z軸；以實(shí)際磁傳感器三軸的指向表示X₁、Y₁、Z₁軸。設(shè)定Z₁軸與正交模型中的Z軸重合，且Y₁OZ₁面與YOZ面重合；α為Y₁軸在Y₁OZ₁面與Y軸的夾角；β為X₁軸在XOY面的投影與X軸的夾角；γ為X₁軸與XOY面的夾角。

誤差校正矩陣的矩陣形式表示為：