[發明專利]基于主成分分析的微電子機械系統加速度計標定方法

有效

• 申請號: 201910077271.X
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109752568B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 陳錢;錢燁;顧國華;錢惟賢;楊文廣;楊錦清;孔筱芳;張駿;周驍駿;朱國強
• 申請（專利權）人: 南京理工大學;南京理工晟奧光電科技有限公司
• 主分類號: G01P21/00
• 分類號: G01P21/00;G06F17/12;G06F17/16
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 吳茂杰

本發明公開一種基于主成分分析的微電子機械系統加速度計標定方法，包括：(10)采集包括加速度計三軸原始數據和二軸轉臺碼盤數據；(20)構建待標定加速度計的線性誤差模型；(30)將二軸轉臺碼盤數據代入線性誤差模型，優化求解線性誤差模型各項系數；(40)將所述各軸理論輸出與各軸對應的原始數據比較，得到各軸殘差量；(50)分析待標定加速度計各軸的殘差量，找到該軸影響最大非線性誤差量；(60)構成完整的加速度計誤差模型，得到各項系數值，用所述整體誤差模型及各項系數值對微電子機械系統加速度計進行標定。本發明的微電子機械系統加速度計標定方法，成本低、效率高、適應性好。

技術領域

本發明屬于微電子機械系統設備標定技術領域，特別是一種成本低、效率高、適應性好的基于主成分分析的微電子機械系統加速度計標定方法。

背景技術

慣性導航(Inertial Navigation)技術是于上世紀中葉開始逐步發展起來的一項完全自主式的導航技術。這項技術自助性強、不易受外界環境干擾、輸出信息量較大、隱蔽性較強、實時性高等特點，因此應用范圍和領域非常廣。微電子機械系統(micro-electromechanical system,MEMS)加速度計是微小型慣性導航系統中非常重要的元件之一，其性能的優劣程度直接決定了慣性導航系統的導航精度。它能利用感受加速度并將其轉換為電信號的方式來測量加速力，從而感測運載體的線運動信息。據統計在由各種因素引起的總的導航誤差中，有70％以上的誤差是由慣性儀表引起的，因此提高加速度計精度有著非常重要的意義。

加速度計誤差的誤差源主要分為確定性誤差和非確定性誤差。確定性誤差主要有零偏、刻度因子、軸系失準等系統誤差；非確定性誤差主要有量化噪聲、白噪聲、偏差不穩定性、隨機游走等隨機誤差。

加速度計的標定方法根據觀測量、標定場所、標定層次的不同可分為系統級標定及分立標定、外場標定及實驗室標定、系統標定及器件標定。可以通過轉臺對加速度計進行分立標定，標定各個相關誤差參數。

因此現有的標定方法，對轉臺的依賴性較高，為了達到標定精度，通常選用精密線振動臺。精密線振動臺是一種重要的用來模擬高加速度環境的慣導測試設備，它可以為被測慣性儀表提供足夠高的輸入比力，對加速度計的高階非線性誤差模型系數產生充足的激勵，以提高其所屬慣導系統的工作精度。但是這種設備體積大，價格昂貴，也加大了標定難度，限制了標定精度。而且針對不同原理的加速度計，影響其非線性誤差的原因會存在差異，統一的非線性誤差模型會限制其標定精度。

總之，現有技術存在的問題是：微電子機械系統加速度計標定成本高、效率低、適應性差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于主成分分析的微電子機械系統加速度計標定方法，成本低、效率高、適應性好。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種基于主成分分析的微電子機械系統加速度計標定方法，包括如下步驟：

(10)實驗數據采集：將待標定加速度計置于包含能夠進行碼盤讀數的二軸轉臺的標定平臺上進行角速度計標定實驗，采集包括加速度計三軸原始數據和二軸轉臺碼盤數據；

(20)線性誤差模型建立：根據加速度計的零偏、三軸比例因子和三軸之間的非正交量關系，構建待標定加速度計的線性誤差模型；

(30)線性誤差模型求解：將二軸轉臺碼盤數據代入線性誤差模型，優化求解線性誤差模型各項系數；

(40)各軸殘差量獲取：將線性誤差模型各項系數代入線性誤差模型，求得待標定加速度計各軸理論輸出，將所述各軸理論輸出與各軸對應的原始數據比較，得到各軸殘差量；

(50)各軸最大非線性誤差量獲取：分析待標定加速度計各軸的殘差量，找到該軸影響最大非線性誤差量；