[發(fā)明專(zhuān)利]一種MEMS陀螺儀標(biāo)度非線(xiàn)性誤差快速評(píng)估方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110231350.9
• 申請(qǐng)日: 2021-03-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114485724A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱正輝;龍春偉;李永俊
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京天兵科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01C25/00
• 分類(lèi)號(hào): G01C25/00;G01C19/56
• 代理公司: 北京中創(chuàng)云知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11837
• 代理人: 徐輝

本發(fā)明提供一種MEMS陀螺儀標(biāo)度非線(xiàn)性誤差快速評(píng)估方法，將MEMS陀螺儀安裝于轉(zhuǎn)臺(tái)；轉(zhuǎn)臺(tái)勻加速連續(xù)旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)的速率大小以及對(duì)應(yīng)的陀螺儀輸出量；對(duì)陀螺儀輸出量與轉(zhuǎn)臺(tái)的速率大小進(jìn)行全局?jǐn)M合以及分段回歸擬合，由全局?jǐn)M合和分段回歸擬合的最大偏差評(píng)估陀螺儀標(biāo)度非線(xiàn)性誤差。本發(fā)明將MEMS陀螺放置于勻加速旋轉(zhuǎn)的速率轉(zhuǎn)臺(tái)上，以恒定的采樣頻率對(duì)MEMS陀螺儀的輸出進(jìn)行測(cè)量并將其數(shù)據(jù)傳輸給接收處理系統(tǒng)，使得誤差測(cè)試評(píng)估時(shí)間大大縮短。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陀螺儀技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種MEMS陀螺儀標(biāo)度非線(xiàn)性誤差快速評(píng)估方法。

背景技術(shù)

陀螺儀是一種慣性器件，可以自主檢測(cè)角速率或者角速度。隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，MEMS陀螺也得到了廣泛的研究與應(yīng)用，因?yàn)槠潴w積小、重量輕、成本低等各方面的優(yōu)點(diǎn)，有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。由于目前MEMS陀螺精度相對(duì)較低，所以對(duì)其標(biāo)度非線(xiàn)性誤差的評(píng)估對(duì)提高精度起著非常重要的作用。

標(biāo)度因數(shù)是陀螺儀的一個(gè)重要指標(biāo)，它是陀螺輸出量與輸入角速率的比值，它是用某一特定直線(xiàn)的斜率表示，該直線(xiàn)是根據(jù)整個(gè)輸入角速率范圍內(nèi)測(cè)得的輸入、輸出數(shù)據(jù)，用最小二乘法擬合得到。標(biāo)度非線(xiàn)性誤差是反映陀螺性能的另一項(xiàng)主要指標(biāo)，指在輸入角速度范圍內(nèi)，陀螺輸出量相對(duì)于最小二乘法擬合直線(xiàn)的最大偏差值與最大輸出量之比。

傳統(tǒng)的標(biāo)度非線(xiàn)性誤差測(cè)試方法都是將陀螺儀安裝在速率轉(zhuǎn)臺(tái)上，然后設(shè)置轉(zhuǎn)臺(tái)以多個(gè)不同的恒定角速率轉(zhuǎn)動(dòng)，待轉(zhuǎn)臺(tái)穩(wěn)定后，采集多個(gè)陀螺儀的輸出值取均值代表該轉(zhuǎn)臺(tái)恒定速率輸入時(shí)陀螺儀的輸出值，然后將各個(gè)角速率和其對(duì)應(yīng)陀螺輸出值進(jìn)行擬合處理，如最小二乘法、分段法和非線(xiàn)性插值法等，來(lái)測(cè)試陀螺儀的標(biāo)度非線(xiàn)性誤差。這些方法需要多次設(shè)置轉(zhuǎn)臺(tái)工作模式，并且等待轉(zhuǎn)臺(tái)達(dá)到穩(wěn)定才能采集數(shù)據(jù)，測(cè)試精度較高，但測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)，步驟較多，不能實(shí)現(xiàn)快速評(píng)估。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種MEMS陀螺儀標(biāo)度非線(xiàn)性誤差快速評(píng)估方法，將MEMS陀螺放置于勻加速旋轉(zhuǎn)的速率轉(zhuǎn)臺(tái)上，以恒定的采樣頻率對(duì)MEMS陀螺儀的輸出進(jìn)行測(cè)量并將其數(shù)據(jù)傳輸給接收處理系統(tǒng)，使得誤差測(cè)試評(píng)估時(shí)間大大縮短。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種MEMS陀螺儀標(biāo)度非線(xiàn)性誤差快速評(píng)估方法，包括：

將MEMS陀螺儀安裝于轉(zhuǎn)臺(tái)；

轉(zhuǎn)臺(tái)勻加速連續(xù)旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)的速率大小以及對(duì)應(yīng)的陀螺儀輸出量；

對(duì)陀螺儀輸出量與轉(zhuǎn)臺(tái)的速率大小進(jìn)行全局?jǐn)M合以及分段回歸擬合，由全局?jǐn)M合和分段回歸擬合的最大偏差評(píng)估陀螺儀標(biāo)度非線(xiàn)性誤差。

進(jìn)一步地，還包括根據(jù)MEMS陀螺儀量程，設(shè)置轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速范圍，使得陀螺儀量程全覆蓋；根據(jù)所需檢測(cè)時(shí)間，設(shè)置勻加速度大小。

進(jìn)一步地，進(jìn)行全局?jǐn)M合包括：

采用全部數(shù)據(jù)最小二乘法計(jì)算擬合計(jì)算斜率K和擬合零位F₀：

計(jì)算全局?jǐn)M合函數(shù)：

其中Ω_i為檢測(cè)的第i個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)速率。

進(jìn)一步地，最小二乘法計(jì)算擬合計(jì)算斜率K和擬合零位F₀，包括：

其中F_i為轉(zhuǎn)臺(tái)速率為Ω_i時(shí)陀螺儀的輸出值；K為標(biāo)度因數(shù)；F₀為擬合零位；n為擬合點(diǎn)數(shù)。。

進(jìn)一步地，分段回歸擬合包括：

按照轉(zhuǎn)臺(tái)速率將全部數(shù)據(jù)分為p段，對(duì)p段數(shù)據(jù)分別采用最小二乘法計(jì)算第m段的斜率K_Lm和擬合零位F_(Lm)0；