[發(fā)明專利]一種面向高動(dòng)態(tài)應(yīng)用環(huán)境的MEMS陀螺標(biāo)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011038126.X
• 申請(qǐng)日: 2020-09-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112013880B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧志紅;汪進(jìn)文;梁新宇;苗志豪
• 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;G06F17/10;G06F17/16
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 代麗

本發(fā)明公開(kāi)了一種面向高動(dòng)態(tài)應(yīng)用結(jié)果的MEMS陀螺標(biāo)定方法。本發(fā)明通過(guò)分析標(biāo)度因數(shù)和交叉耦合系數(shù)兩大因素對(duì)陀螺輸出的影響，將傳統(tǒng)的標(biāo)定模型進(jìn)行泰勒展開(kāi)，形成高階標(biāo)定模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)高動(dòng)態(tài)環(huán)境下的交叉耦合系數(shù)誤差、標(biāo)度因數(shù)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，增加了準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及本發(fā)明公開(kāi)了一種面向高動(dòng)態(tài)應(yīng)用環(huán)境的MEMS陀螺標(biāo)定方法，屬于高動(dòng)態(tài)環(huán)境下的MEMS陀螺儀標(biāo)定領(lǐng)域。

背景技術(shù)

低成本MEMS陀螺儀由于其具有體積小、功耗低以及抗高過(guò)載的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高旋體姿態(tài)測(cè)量中。針對(duì)傳統(tǒng)陀螺儀標(biāo)定的情況下(即非高動(dòng)態(tài)環(huán)境下)，目前主要是建立包含交叉耦合系數(shù)誤差、標(biāo)度因數(shù)誤差和零偏誤差的數(shù)學(xué)模型，利用高精度轉(zhuǎn)臺(tái)作為參考速率輸入，采用均值法完成標(biāo)定參數(shù)解算，該模型考慮了三種誤差參量(交叉耦合系數(shù)誤差、標(biāo)度因數(shù)誤差和零值偏移誤差)，且利用數(shù)據(jù)段均值的方法進(jìn)行參數(shù)的求解。

但是，高旋體飛行過(guò)程中具有高過(guò)載和高轉(zhuǎn)速的高動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，使得陀螺儀測(cè)量存在較大的交叉耦合系數(shù)誤差、標(biāo)度因數(shù)誤差和零值偏移誤差，且容易激勵(lì)出高階誤差項(xiàng)，而傳統(tǒng)方法卻無(wú)法有效的補(bǔ)償相關(guān)誤差，因此，對(duì)MEMS陀螺儀進(jìn)行高精度的誤差標(biāo)定與補(bǔ)償已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)高旋體精確姿態(tài)測(cè)量不可或缺的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，且建立綜合考慮上述誤差因素的標(biāo)定數(shù)學(xué)模型，以及尋求最優(yōu)參數(shù)的求解方案是亟需解決的問(wèn)題。

此外，針對(duì)傳統(tǒng)陀螺儀標(biāo)定的求解問(wèn)題，通常采用最小二乘或其衍生算法進(jìn)行模型求解。但該種方法未充分利用全局?jǐn)?shù)據(jù)，此外，在高動(dòng)態(tài)環(huán)境下，由于較大干擾，使得MEMS陀螺儀輸出數(shù)據(jù)中存在有色噪聲。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提出一種面向高動(dòng)態(tài)應(yīng)用環(huán)境的MEMS陀螺標(biāo)定方法，能夠有效的消除由于高動(dòng)態(tài)環(huán)境下帶來(lái)的高階誤差項(xiàng)，同時(shí)充分利用全局?jǐn)?shù)據(jù)，消除有色噪聲，提高陀螺儀的標(biāo)定精度。

一種面向高動(dòng)態(tài)應(yīng)用結(jié)果的MEMS陀螺標(biāo)定方法，基于改進(jìn)的MEMS陀螺標(biāo)定模型進(jìn)行標(biāo)定，其中，所述改進(jìn)的MEMS陀螺標(biāo)定模型的獲得方法為：對(duì)傳統(tǒng)MEMS陀螺標(biāo)定模型進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)，獲得高階標(biāo)定模型，之后將獲得的高階標(biāo)定模型轉(zhuǎn)換為最小二乘遞推算法的形式，并在此基礎(chǔ)上采用廣義最小二乘法進(jìn)行解算，進(jìn)而獲得改進(jìn)的MEMS陀螺標(biāo)定模型。

較佳地，在采用廣義最小二乘法進(jìn)行解算時(shí)，分別對(duì)新數(shù)據(jù)和舊數(shù)據(jù)賦值不同的權(quán)重系數(shù)，提高新數(shù)據(jù)的辨識(shí)度，降低舊數(shù)據(jù)的飽和度。

有益效果：

1、本發(fā)明通過(guò)分析標(biāo)度因數(shù)和交叉耦合系數(shù)兩大因素對(duì)陀螺輸出的影響，將傳統(tǒng)的標(biāo)定模型進(jìn)行泰勒展開(kāi)，形成高階標(biāo)定模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)高動(dòng)態(tài)環(huán)境下的交叉耦合系數(shù)誤差、標(biāo)度因數(shù)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，增加了準(zhǔn)確性。

2、本發(fā)明通過(guò)分析高動(dòng)態(tài)環(huán)境對(duì)陀螺輸出二次項(xiàng)誤差的激勵(lì)作用，建立陀螺儀高階標(biāo)定模型；提出一種改進(jìn)廣義最小二乘遞推算法，引入指數(shù)遞減加權(quán)遺忘因子，削弱舊數(shù)據(jù)對(duì)噪聲模型更新的影響。相比于傳統(tǒng)陀螺儀標(biāo)定方法，不僅解決了標(biāo)定模型中存在有色噪聲的問(wèn)題，而且解決了估計(jì)噪聲模型參數(shù)時(shí)存在數(shù)據(jù)飽和的現(xiàn)象，增強(qiáng)當(dāng)前數(shù)據(jù)的可信度，削弱舊數(shù)據(jù)對(duì)參數(shù)估計(jì)的影響。保證參數(shù)估計(jì)的無(wú)偏、一致性，有效的提高陀螺儀標(biāo)定精度。

附圖說(shuō)明

圖1是固定陀螺儀固件與載體轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖；

圖2為x軸運(yùn)動(dòng)對(duì)z軸陀螺儀輸出影響，其中，圖2(a)是載體系與陀螺儀安裝系關(guān)系；圖2(b)x軸運(yùn)動(dòng)在z′軸上的投影圖；

圖3(a)至圖3(f)為陀螺儀六位置標(biāo)定編排；

圖4為改進(jìn)廣義最小二乘遞推算法參數(shù)估計(jì)回路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉兩個(gè)實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供一種面向高動(dòng)態(tài)應(yīng)用環(huán)境的MEMS陀螺標(biāo)定方法，如圖1所示，具體方法為：