[發明專利]一種MEMS陀螺儀溫度誤差補償方法

在審

• 申請號: 202010748874.0
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN111879339A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 鄭檬娟;王曉臣;吳宇曦
• 申請（專利權）人: 中國兵器工業集團第二一四研究所蘇州研發中心
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴;丁浩秋

本發明公開了一種MEMS陀螺儀溫度誤差補償方法，包括：對陀螺儀進行全溫零偏及標度因數測試，繪制陀螺儀角速度輸出偏差與角速度輸出的變化關系曲線及陀螺儀角速度輸出偏差與溫度輸出的變化關系曲線；建立陀螺儀角速度輸出偏差與角速度輸出的關系模型；建立陀螺儀角速度輸出偏差與溫度輸出的關系模型；建立陀螺儀角速度輸出偏差與角速度輸出和溫度輸出的擬合估計曲面，計算擬合系數；根據得到的擬合估計曲面計算補償量。可以實現對陀螺儀進行全溫零偏及標度因數同時補償，不僅提高了補償的精度，試驗效率也明顯提高，同時也避免出現某些項比如溫度的疊加影響導致的補償效果不佳的情況。

技術領域

本發明涉及MEMS陀螺儀的溫度補償技術領域，具體地涉及一種MEMS陀螺儀溫度誤差補償方法，可以對陀螺儀全溫零偏及標度因數同時補償。

背景技術

微機電系統(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)陀螺儀主要由敏感結構及其信號處理電路構成，是一種利用科氏力測量物體角速度的傳感器。具有體積小、成本低、功耗低、抗過載、易集成等特點，在消費電子、工業機器人、無人機及軍事領域具有廣闊的應用前景。然而，硅基MEMS陀螺儀(以下簡稱陀螺儀)很容易發生溫漂，外界環境溫度的變化以及陀螺儀工作時產生的熱量均能使得微小的敏感結構溫度發生變化，器件參數隨之產生改變，最終導致陀螺儀的零位漂移(以下簡稱零偏)和標度因數產生變化。因此，陀螺儀零偏和標度因數溫度誤差補償對提高其精度十分必要。

為降低溫度對陀螺儀性能的影響，目前一般采用以下四種方式：1)研制對溫度不敏感的敏感結構；2)在敏感結構中增加負溫度系數的部分以補償溫度的影響；3)通過外加裝置保持陀螺儀工作環境溫度穩定；4)建立溫度誤差補償模型，計算出誤差補償量，進行實時補償。綜合工程應用考慮，第4種方式具有較強的實用性，也是目前工程實際中的廣泛應用的方法。具體如下：

文獻[1]房建成，張霄，李建利.一種MEMS陀螺標度因數誤差補償方法[J].航空學報提出了一種按照陀螺儀角速度大小分段插值對標度因數進行補償的方法；文獻[2]王成賓，烏萌，管斌.MEMS陀螺零偏溫度補償模型研究[J].導航與控制提出了一種利用最小二乘法并結合多元線性回歸技術實現陀螺儀零偏溫度補償的方法。

CN2018112376095，提出了一種新型光纖陀螺儀的溫度補償方法，利用溫度及溫度梯度構造光纖陀螺儀的溫度補償模型，以實現對光纖陀螺儀的零偏溫度補償。

CN2018101755647，提出了一種MEMS陀螺儀的綜合溫度補償方法，通過采集陀螺儀在不同溫度下的原始輸出值進行多項式擬合和線性插值計算，實現MEMS陀螺儀的零偏溫度補償，優點是簡化算法，以提高微處理器計算效率。

CN2016107090722，針對MEMS陀螺儀在實際使用過程中出現異常偏置溫漂的情況，提出了一種基于樣品溫度標定曲線進行溫度補償的方法，主要解決陀螺儀的異常偏置溫漂的溫度補償問題，提高陀螺儀產品的成品率，對改善陀螺儀溫度性能的作用不大。

綜上所述，目前常規采用的陀螺儀溫度補償方法大多著重于對零偏溫度誤差進行補償，而在實際工程應用中，標度因數對導航解算的精度起著很大的作用，因此對標度因數的溫度補償亦十分重要。現存文獻一般先后對陀螺儀的零偏和標度因數進行分別補償，補償的先后次序也影響著補償效果；在多次補償中，存在某些項比如溫度的疊加影響導致補償效果不佳的情況出現。

因此，有必要提出一種對陀螺儀零偏及標度因數同時補償的方法，以解決上述問題。

發明內容

針對上述存在的技術問題，本發明目的是：提供了一種MEMS陀螺儀溫度誤差補償方法，可以對陀螺儀的全溫零偏及標度因數同時補償，不僅提高了補償的精度，試驗效率也明顯提高，同時也避免出現某些項比如溫度的疊加影響導致的補償效果不佳的情況。

本發明的技術方案是：

一種MEMS陀螺儀溫度誤差補償方法，包括以下步驟：