[發明專利]基于MEMS加速度計的水平傾角儀誤差補償方法及系統

在審

• 申請號: 202010010342.7
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111076748A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 劉宇;付樂樂;路永樂;顧洪洋;邸克;鄒新海;謝金池;惠鴻飛;蔣博;曹原
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅;陳棟梁

本發明請求保護一種基于MEMS加速度計的水平傾角儀誤差補償方法及系統，包括以下步驟：(1)完成水平傾角儀的硬件平臺設計；(2)基于設計的十二位置靜態翻滾方案，采集每一位置下MEMS加速度計三軸輸出值并做均值化處理，建立基于十二位置法的MEMS加速度計誤差補償模型，對加速度計預處理，將預處理后的MEMS加速度計三軸輸出值作為RBF神經網絡的輸入，而真實值作為網絡的輸出，經訓練后建立基于RBF神經網絡的MEMS加速度計誤差補償模型，進一步提高MEMS加速度計的輸出精度；(3)利用補償后的MEMS加速度計三軸測量值與重力加速度之間的三角函數關系解算出水平傾角；(4)提出采用最小二乘法建立水平傾角儀測量誤差與溫度之間的函數關系式，用于水平傾角儀的溫度補償，本發明精確度高。

技術領域

本發明屬于慣性傳感器技術的應用領域，特別涉及一種利用MEMS加速度計解算水平傾斜角以及提高解算傾角精度的方法。

背景技術

傾角儀是一種精確的角度測量設備。檢測系統傾斜的一種常用方法是對陀螺儀進行積分，雖然這種方法直截了當，但與零點偏置穩定性有關的誤差會隨著積分周期的增加而快速累積。在某些應用中，如整個時間范圍內作用于系統的凈加速或力是重力，那么可以使用微機電系統(MEMS)加速度計來測量傾斜的靜態角度，且MEMS加速度計傾角儀具有全天候、干擾小、精度高等優點。本文研究的水平傾角儀，大量應用于消費電子中的水平檢測，以及汽車工業中的電子穩定控制系統。

目前，國內外在提高水平傾角儀精度方面研究較多。沙承賢等人[沙承賢,李杰,翟成瑞,等.基于MEMS加速度傳感器的數字傾角儀設計[J].傳感器與微系統,2010(06):141-143.]設計的“單擺式”傾角儀結構復雜、制造工藝難度大、測量范圍小、瞬態響應差、穩定速度慢；張杰[張杰.基于MEMS陀螺儀和加速度計的動態傾角傳感器[J].機械設計與制造,2012(09):146-148.]設計的基于MEMS陀螺和加速度計的傾角儀，雖然高精度的陀螺傾角儀測量精度很高，但是其測量誤差會隨時間累積，且價格昂貴；Schmidt R等人[Schmidt R,O'Leary P,Ritt R,et al.MEMS based inclinometers:Noise characteristics andsuitable signal processing[C]//2017IEEE International Instrumentation andMeasurement Technology Conference(I2MTC).IEEE,2017.]雖然對傾角儀的傳感源做了離線的標定補償，但沒有考慮傳感源的隨機誤差以及溫度對其影響，傾角儀精度還有待提高，而本發明先是通過均值濾波對加速度計三軸輸出值做預處理，削弱隨機誤差的影響，然后將處理后的加速度計三軸輸出值作為RBF神經網絡的輸入，而三軸真實值作為網絡的輸出，進一步消除隨機誤差的影響；并建立水平傾角儀測量誤差關于溫度的函數關系式，消除溫度對傾角儀輸出的影響。

發明內容

本發明旨在解決以上現有技術的問題。提出了一種基于MEMS加速度計的水平傾角儀誤差補償方法及系統。本發明的技術方案如下：

一種基于MEMS加速度計的水平傾角儀誤差補償方法，其包括以下步驟：

步驟1、首先將傾角儀固定在轉臺臺面處，通過翻轉轉臺，固定在轉臺臺面的傾角儀處于十二個不同位置，采集每一位置下的MEMS加速度計三軸輸出值；

步驟2、其次，對采集到的MEMS加速度計三軸輸出值進行均值化處理，利用十二位置下MEMS加速度計三軸輸出值以及對應的標稱重力加速度值建立MEMS加速度計的誤差補償模型，對加速度計預處理；

步驟3、然后將預處理后的MEMS加速度計三軸輸出值作為RBF神經網絡的輸入，而三軸真實值作為網絡的輸出，建立基于RBF神經網絡的MEMS加速度計誤差補償模型；