[發明專利]一種基于硅微結構分析的MEMS加速度計溫漂誤差估計方法

有效

• 申請號: 202110785860.0
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113392591B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 齊兵;石帥帥;徐陸通;房磊;陳嘉宇;田帥帥
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F30/25;G06N3/00;G06N3/04;G06N3/08;G01P21/00;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張換男

一種基于硅微結構分析的MEMS加速度計溫漂誤差估計方法，它屬于新型微慣性器件領域。本發明解決了傳統方法沒有完全探索出MEMS加速度計溫漂誤差的溫度相關量，導致估計溫漂誤差的非精準建模，進而使得MEMS加速度計溫漂誤差估計失準的問題。本發明從微結構效應角度入手，詳細全面分析了硅基材料的溫度依賴性，并較好地解耦其溫度依賴性，在環境溫度復雜多變的情況下，通過對溫漂誤差進行補償，可以使MEMS加速度計的環境適應性得到了完全提升，MEMS加速度計實時精密、穩定可靠地輸出載體加速度信息。本發明可以應用于載體加速度的檢測。

技術領域

本發明屬于新型微慣性器件領域，具體涉及一種基于硅微結構分析的MEMS加速度計溫漂誤差估計方法。

背景技術

隨著科學技術的發展與進步，人類渴望獲取可再生資源的美好愿望日益強烈。深空環境中蘊含有豐富的礦產和能源，甚至可能存在可支持地球生命生存的宜居環境。為有效緩解地球上人均占有自然資源率日益緊迫的局面，人類資源勘探步伐正逐步從地表轉向深空，并投入了大量的人力物力以解決地球當前面臨的巨大生存危機，例如，月壤開采，火星探測等。然而，由于受到極端惡劣深空環境的嚴重威脅，當前的科學技術還難以支撐自由獨立的人為探索活動，因此無人智能設備被設計并廣泛應用，例如，全天候無人機監測系統、中繼衛星月球車、微型衛星、火星車和其他空間探測器等。

人類深空探測任務主要集中于火星和月球。在執行探測任務前，無人智能設備被發射到目標星球收集環境信息，以便為人類后續成功著陸做準備。由于運載火箭推力有限，其所搭載的無人智能裝置需具有體積小、功耗低、環境適應性強等特點。出于精準完成目標任務考慮，精密導航設備是無人智能裝置的剛性需求。因此，微型慣性器件是無人智能設備導航單元的首要選擇，可用來精準測量無人智能裝置的運動狀態信息及導航定位信息。基于此，無人智能裝置能夠針對當前運行環境的特點以及自身的運行情況，實時調整當前運行指令以規避可能存在的風險，例如，無人探測器的傾覆和沉沒，無人飛行器的墜毀。加速度信息對無人智能設備躲避風險以安全穩定運行起著重要作用，這也表明MEMS加速度計是無人智能設備的關鍵部件。

MEMS加速度計是由具有溫度依賴性的硅基材料制成，其物理性能隨環境溫度的變化而改變。由于太空中環境溫度大約為-180℃～130℃，大范圍的環境溫度變化不可避免地激勵MEMS加速度計輸出溫漂誤差，并由此進一步降低MEMS加速度計的輸出精度。MEMS加速度計輸出的溫漂誤差會激勵微慣性導航系統的姿態誤差、速度誤差和航向誤差隨時間積累，并給無人智能設備的安全性和穩定性帶來了潛在隱患。因此，溫漂誤差嚴重制約了MEMS加速度計在各種復雜條件下的普遍應用。由于受到當前材料加工工藝的限制，在工藝優化方面完全消除硅基材料的溫度依賴性短時間內難以實現，基于數學模型精準高效估計MEMS加速度計溫漂誤差是提升其輸出精準性的主要手段。傳統的MEMS加速度計溫漂誤差模型以環境溫度相關量為輸入、以溫漂誤差為輸出，基于數學模型實現由環境溫度相關量估計溫漂誤差。因此，全面精準的環境溫度相關量是準確估計溫漂誤差的基礎，也是精準描述溫漂誤差的關鍵，但是，傳統方法并沒有完全探索出MEMS加速度計溫漂誤差的溫度相關量，導致估計溫漂誤差的非精準建模，使得MEMS加速度計溫漂誤差估計失準。同時，復雜結構的數學模型會降低估計實時性，并可能引入因補償不及時導致補償精度降低的風險。因此，如何又“準”又“快”地估計并補償溫漂誤差成為提升MEMS加速度計環境適應性最為有效的技術手段。

發明內容

本發明的目的是為解決傳統方法沒有完全探索出MEMS加速度計溫漂誤差的溫度相關量，導致估計溫漂誤差的非精準建模，進而使得MEMS加速度計溫漂誤差估計失準的問題，而提出了一種基于硅微結構分析的MEMS加速度計溫漂誤差估計方法。

本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案是：一種基于硅微結構分析的MEMS加速度計溫漂誤差估計方法，所述方法具體包括以下步驟：

步驟一、獲取用于估計MEMS加速度計溫漂誤差的溫度相關量