CN110988400A - 一种mems加速度计组合标定方法及标定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种MEMS加速度计组合标定方法及标定装置，该方法包括：设置一可旋转安装板；调整安装板处于水平状态；以MEMS加速度计组合的每个外侧面依次作为安装面将MEMS加速度计组合固定于安装板上，在MEMS加速度计组合通过任意一个外侧面固定于安装板之后采集MEMS加速度计组合的输出；安装板绕水平对称轴依次旋转m个不同角度，在安装板旋转至任意一个角度时重复步骤三，共获得n组MEMS加速度计组合的输出；根据n组MEMS加速度计组合的输出计算MEMS加速度计组合的误差参数，并根据MEMS加速度计组合的误差参数修正MEMS加速度计组合的参数以完成MEMS加速度计组合标定。应用本发明的技术方案，能够解决现有技术中无法在外场试验环节中进行MEMS加速度计组合标定的技术问题。

Description

一种MEMS加速度计组合标定方法及标定装置

技术领域

本发明涉及MEMS加速度标定补偿技术领域，尤其涉及一种MEMS加速度计组合标定方法及标定装置。

背景技术

惯性***在实际使用之前通常需要进行误差标定，通过误差标定能够获取惯性器件的各项参数的误差值，根据各项误差值对各项参数进行补偿从而能够提高导航精度。在MEMS惯性器件领域，MEMS加速度计组合标定通常采用试验室环境下的试验标定设备进行，而在实际工程应用中，加速度计组合大多都是在外场试验环境中使用，由于条件限制，现有技术中并未有能够在外场试验环境中使用的相关标定方法和设备，即无法在外场试验环节中进行MEMS加速度计组合的标定。

发明内容

本发明提供了一种MEMS加速度计组合标定方法及标定装置，能够解决现有技术中无法在外场试验环节中进行MEMS加速度计组合标定的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种MEMS加速度计组合标定方法，该MEMS加速度计组合标定方法包括：步骤一，设置一可旋转安装板，安装板可绕安装板的水平对称轴进行旋转；步骤二，调整安装板处于水平状态；步骤三，以MEMS加速度计组合的每个外侧面依次作为安装面将MEMS加速度计组合固定于安装板上，在MEMS加速度计组合通过任意一个外侧面固定于安装板之后采集MEMS加速度计组合在x轴向、y轴向和z轴向的输出；步骤四，安装板绕水平对称轴依次旋转m个不同角度，在安装板旋转至任意一个角度时重复步骤三，共获得n组MEMS加速度计组合的输出；步骤五，根据n组MEMS加速度计组合的输出计算MEMS加速度计组合的误差参数，并根据MEMS加速度计组合的误差参数修正MEMS加速度计组合的参数以完成MEMS加速度计组合标定。

进一步地，步骤五具体包括：(5.1)根据n组MEMS加速度计组合的输出构建第一矩阵

和第二矩阵

其中，

和

分别为第n组MEMS加速度计组合在x轴向、y轴向和z轴向的输出；(5.2)根据

解算第三矩阵X；(5.3)根据X＝[A,B,D,E,F,G,H,I,J]^T，

F＝-2δm_z0，

H＝-2φ，I＝-2λ和

计算MEMS加速度计组合的误差参数K_mx、K_my、K_mz、δm_x0、δm_y0、δm_z0、ρ、φ和λ，其中，K_mx、K_my和K_mz分别为MEMS加速度计组合在x轴向、y轴向和z轴向的刻度系数误差；δm_x0、δm_y0和δm_z0分别为MEMS加速度计组合在x轴向、y轴向和z轴向的常值误差；ρ、φ和λ均为非正交误差系数；(5.4)根据MEMS加速度计组合的误差参数修正MEMS加速度计组合的参数以完成MEMS加速度计组合标定。

进一步地，步骤三中在MEMS加速度计组合通过任意一个外侧面固定于安装板之后采集MEMS加速度计组合在x轴向、y轴向和z轴向的输出具体包括：在MEMS加速度计组合通过任意一个外侧面固定于安装板之后，在设定采集时长内分别采集MEMS加速度计组合在x轴向、y轴向和z轴向的实际输出，并根据x轴向的实际输出求取x轴向的平均值用作MEMS加速度计组合在x轴向的输出，根据y轴向的实际输出求取y轴向的平均值用作MEMS加速度计组合在y轴向的输出，根据z轴向的实际输出求取z轴向的平均值用作MEMS加速度计组合在z轴向的输出。

进一步地，设定采集时长为30s。

进一步地，在步骤四中，安装板绕水平对称轴旋转的任意一个角度的范围均为0-180°。

根据本发明的另一方面，提供了一种MEMS加速度计组合标定装置，该MEMS加速度计组合标定装置包括一可旋转的安装板，安装板可绕安装板的水平对称轴进行旋转，MEMS加速度计组合标定装置采用如上所述的MEMS加速度计组合标定方法对MEMS加速度计组合进行标定。

应用本发明的技术方案，提供了一种MEMS加速度计组合标定方法及标定装置，该MEMS加速度计组合标定方法通过设置一可旋转任意不同角度的安装板，并在安装板处于水平位置和旋转至m个角度中的任意一个角度时以MEMS加速度计组合的每个外侧面依次作为安装面将加速度计组合固定于安装板上，获取n组加速度计组合的输出，根据n组加速度计组合的输出计算误差参数并修正相应MEMS加速度计组合的参数。本申请的MEMS加速度计组合标定方法仅需一个可旋转的安装板即可在外场试验环节中进行MEMS加速度计组合的标定，该标定方法简单实用，且易操作。与现有技术相比，本申请的技术方案能够解决现有技术中无法在外场试验环节中进行MEMS加速度计组合标定的技术问题。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的MEMS加速度计组合标定方法流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种MEMS加速度计组合标定方法，该MEMS加速度计组合标定方法包括：步骤一，设置一可旋转安装板，安装板可绕安装板的水平对称轴进行旋转；步骤二，调整安装板处于水平状态；步骤三，以MEMS加速度计组合的每个外侧面依次作为安装面将MEMS加速度计组合固定于安装板上，在MEMS加速度计组合通过任意一个外侧面固定于安装板之后采集MEMS加速度计组合在x轴向、y轴向和z轴向的输出；步骤四，安装板绕水平对称轴依次旋转m个不同角度，在安装板旋转至任意一个角度时重复步骤三，共获得n组MEMS加速度计组合的输出；步骤五，根据n组MEMS加速度计组合的输出计算MEMS加速度计组合的误差参数，并根据MEMS加速度计组合的误差参数修正MEMS加速度计组合的参数以完成MEMS加速度计组合标定。

应用此种配置方式，提供了一种MEMS加速度计组合标定方法，该MEMS加速度计组合标定方法通过设置一可旋转任意不同角度的安装板，并在安装板处于水平位置和旋转至m个角度中的任意一个角度时以MEMS加速度计组合的每个外侧面依次作为安装面将加速度计组合固定于安装板上，获取n组加速度计组合的输出，根据n组加速度计组合的输出计算误差参数并修正相应MEMS加速度计组合的参数。本申请的MEMS加速度计组合标定方法仅需一个可旋转的安装板即可在外场试验环节中进行MEMS加速度计组合的标定，该标定方法简单实用，且易操作。与现有技术相比，本申请的技术方案能够解决现有技术中无法在外场试验环节中进行MEMS加速度计组合标定的技术问题。

进一步地，在本发明中，为了实现MEMS加速度计组合的标定，首先设置一可旋转安装板，安装板可绕安装板的水平对称轴进行旋转。作为本发明的一个具体实施例，该安装板与水平面的夹角可任意变化。

此外，在本发明中，设置好可旋转安装板之后，调整安装板处于水平状态。

进一步地，在本发明中，安装板调至水平状态之后，以MEMS加速度计组合的每个外侧面依次作为安装面将MEMS加速度计组合固定于安装板上，在MEMS加速度计组合通过任意一个外侧面固定于安装板之后采集MEMS加速度计组合在x轴向、y轴向和z轴向的输出。

作为本发明的一个具体实施例，加速度计组合为六面体时，翻转加速度计组合六次，以MEMS加速度计组合的六个外侧面依次作为安装面将MEMS加速度计组合固定于安装板上。在MEMS加速度计组合通过任意一个外侧面固定于安装板之后，采集MEMS加速度计组合在x轴向、y轴向和z轴向的输出。在本实施例中，六面体加速度计组合在安装板处于水平状态时共采集6组输出，每组输出均包括x轴向、y轴向和z轴向的输出。

此外，在本发明中，为了提高加速度计组合输出的准确性，可在设定采集时长内分别采集MEMS加速度计组合在x轴向、y轴向和z轴向的实际输出，并根据x轴向的实际输出求取x轴向的平均值用作MEMS加速度计组合在x轴向的输出，根据y轴向的实际输出求取y轴向的平均值用作MEMS加速度计组合在y轴向的输出，根据z轴向的实际输出求取z轴向的平均值用作MEMS加速度计组合在z轴向的输出。设定采集时长可根据实际情况进行调整，作为本发明的一个具体实施例，设定采集时长可设置为30s。

进一步地，在本发明中，在获取安装板处于水平状态的多组加速度计组合输出之后，调整安装板与水平面的夹角，使得安装板绕水平对称轴依次旋转m个不同角度，在安装板旋转至任意一个角度时重复步骤三，共获得n组MEMS加速度计组合的输出。作为本发明的一个具体实施例，加速度计组合为六面体时，安装板从水平位置依次旋转至m个不同角度，最终可获得n＝(m+1)·6组MEMS加速度计组合的输出。在本发明中，安装板绕水平对称轴旋转的任意一个角度的范围均为0-180°。

在本发明中，一般MEMS三轴加速度计的测量模型可以表述为公式1：

其中，

为MEMS加速度计组合的输出，m^b外界加速度的实际输入，K_m为MEMS加速度计组合的刻度系数误差，K_m＝diag(K_mx,K_my,K_mz)，K_mx、K_my和K_mz分别为MEMS加速度计组合在x轴向、y轴向和z轴向的刻度系数误差，m₀为MEMS加速度计组合的常值误差，m₀＝[δm_x0,δm_y0,δm_z0]^T，δm_x0、δm_y0和δm_z0分别为MEMS加速度计组合在x轴向、y轴向和z轴向的常值误差，T_m是非正交误差矩阵，

ρ、φ和λ均为非正交误差系数。

对公式1进行逆运算求得公式2：

对公式2两边同时平方，获得公式3：

其中，

和

分别为在x轴向、y轴向和z轴向的外界加速度的实际输入值；m为外界加速度的实际输入值。而在本发明中，在静止状态下外界加速度的实际输入值就等于当地重力加速度，即

将公式2展开可获得：

将上述

和

代入公式3中得到公式4：

将公式4展开后按照对应系数合并同类项可以改写成：

进一步写成矩阵的形式为：

令

X＝[A,B,D,E,F,G,H,I,J]^T为待定系数，其中，

F＝-2δm_z0，

H＝-2φ，I＝-2λ和

根据上述推导可知，在本申请中，获取n组加速度计组合的输出之后，根据n组MEMS加速度计组合的输出构建第一矩阵

和第二矩阵

进一步地，根据

应用最小二乘法解算第三矩阵X，然后根据上述推导获得的X＝[A,B,D,E,F,G,H,I,J]^T与误差参数K_mx、K_my、K_mz、δm_x0、δm_y0、δm_z0、ρ、φ和λ之间的等式关系，计算MEMS加速度计组合的误差参数K_mx、K_my、K_mz、δm_x0、δm_y0、δm_z0、ρ、φ和λ。最后根据获得的MEMS加速度计组合的误差参数修正MEMS加速度计组合的参数以完成MEMS加速度计组合标定。

根据本发明的另一方面，提供了一种MEMS加速度计组合标定装置，该MEMS加速度计组合标定装置包括一可旋转的安装板，安装板可绕安装板的水平对称轴进行旋转，MEMS加速度计组合标定装置采用如上所述的MEMS加速度计组合标定方法对MEMS加速度计组合进行标定。

应用此种配置方式，提供了一种MEMS加速度计组合标定装置，该MEMS加速度计组合标定装置采用如上所述的MEMS加速度计组合标定方法对MEMS加速度计组合进行标定，由于本发明的MEMS加速度计组合标定方法能够解决现有技术中无法在外场试验环节中进行MEMS加速度计组合标定的技术问题。因此，通过将MEMS加速度计组合标定方法应用到MEMS加速度计组合标定装置中，能够极大地提高MEMS加速度计组合标定装置的工作性能。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1对本发明的MEMS加速度计组合标定方法进行详细说明。

如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种MEMS加速度计组合标定方法，该MEMS加速度计组合标定方法具体包括以下步骤。

步骤一，设置一可旋转安装板，安装板可绕安装板的水平对称轴进行旋转。

步骤二，调整安装板处于水平状态。

步骤三，以MEMS加速度计组合的每个外侧面依次作为安装面将MEMS加速度计组合固定于安装板上，在MEMS加速度计组合通过任意一个外侧面固定于安装板之后采集MEMS加速度计组合在x轴向、y轴向和z轴向的输出。

步骤四，安装板绕水平对称轴依次旋转m个不同角度，在安装板旋转至任意一个角度时重复步骤三，共获得n组MEMS加速度计组合的输出。

步骤五，根据n组MEMS加速度计组合的输出构建第一矩阵

和第二矩阵

根据

解算第三矩阵X；根据X＝[A,B,D,E,F,G,H,I,J]^T，

F＝-2δm_z0，

H＝-2φ，I＝-2λ和

计算MEMS加速度计组合的误差参数K_mx、K_my、K_mz、δm_x0、δm_y0、δm_z0、ρ、φ和λ；根据MEMS加速度计组合的误差参数修正MEMS加速度计组合的参数以完成MEMS加速度计组合标定。

综上所述，本发明提供了一种MEMS加速度计组合标定方法及标定装置，该MEMS加速度计组合标定方法通过设置一可旋转任意不同角度的安装板，并在安装板处于水平位置和旋转至m个角度中的任意一个角度时以MEMS加速度计组合的每个外侧面依次作为安装面将加速度计组合固定于安装板上，获取n组加速度计组合的输出，根据n组加速度计组合的输出计算误差参数并修正相应MEMS加速度计组合的参数。本申请的MEMS加速度计组合标定方法仅需一个可旋转的安装板即可在外场试验环节中进行MEMS加速度计组合的标定，该标定方法简单实用，且易操作。与现有技术相比，本申请的技术方案能够解决现有技术中无法在外场试验环节中进行MEMS加速度计组合标定的技术问题。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种MEMS加速度计组合标定方法，其特征在于，所述MEMS加速度计组合标定方法包括：

步骤一，设置一可旋转安装板，所述安装板可绕所述安装板的水平对称轴进行旋转；

步骤二，调整所述安装板处于水平状态；

步骤三，以MEMS加速度计组合的每个外侧面依次作为安装面将所述MEMS加速度计组合固定于所述安装板上，在所述MEMS加速度计组合通过任意一个外侧面固定于所述安装板之后采集所述MEMS加速度计组合在x轴向、y轴向和z轴向的输出；

步骤四，所述安装板绕所述水平对称轴依次旋转m个不同角度，在所述安装板旋转至任意一个角度时重复步骤三，共获得n组所述MEMS加速度计组合的输出；

步骤五，根据n组所述MEMS加速度计组合的输出计算所述MEMS加速度计组合的误差参数，并根据所述MEMS加速度计组合的误差参数修正所述MEMS加速度计组合的参数以完成MEMS加速度计组合标定。

2.根据权利要求1所述的MEMS加速度计组合标定方法，其特征在于，所述步骤五具体包括：

(5.1)根据n组所述MEMS加速度计组合的输出构建第一矩阵

和第二矩阵

其中，

和

分别为第n组所述MEMS加速度计组合在x轴向、y轴向和z轴向的输出；

(5.2)根据

解算第三矩阵X；

(5.3)根据X＝[A,B,D,E,F,G,H,I,J]^T，

F＝-2δm_z0，

H＝-2φ，I＝-2λ和

计算所述MEMS加速度计组合的误差参数K_mx、K_my、K_mz、δm_x0、δm_y0、δm_z0、ρ、φ和λ，其中，K_mx、K_my和K_mz分别为所述MEMS加速度计组合在x轴向、y轴向和z轴向的刻度系数误差；δm_x0、δm_y0和δm_z0分别为所述MEMS加速度计组合在x轴向、y轴向和z轴向的常值误差；ρ、φ和λ均为非正交误差系数；

(5.4)根据所述MEMS加速度计组合的误差参数修正所述MEMS加速度计组合的参数以完成MEMS加速度计组合标定。

3.根据权利要求1或2所述的MEMS加速度计组合标定方法，其特征在于，所述步骤三中在所述MEMS加速度计组合通过任意一个外侧面固定于所述安装板之后采集所述MEMS加速度计组合在x轴向、y轴向和z轴向的输出具体包括：在所述MEMS加速度计组合通过任意一个外侧面固定于所述安装板之后，在设定采集时长内分别采集所述MEMS加速度计组合在x轴向、y轴向和z轴向的实际输出，并根据x轴向的实际输出求取x轴向的平均值用作所述MEMS加速度计组合在x轴向的输出，根据y轴向的实际输出求取y轴向的平均值用作所述MEMS加速度计组合在y轴向的输出，根据z轴向的实际输出求取z轴向的平均值用作所述MEMS加速度计组合在z轴向的输出。

4.根据权利要求3所述的MEMS加速度计组合标定方法，其特征在于，所述设定采集时长为30s。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的MEMS加速度计组合标定方法，其特征在于，在所述步骤四中，所述安装板绕所述水平对称轴旋转的任意一个角度的范围均为0-180°。

6.一种MEMS加速度计组合标定装置，其特征在于，所述MEMS加速度计组合标定装置包括一可旋转的安装板，所述安装板可绕所述安装板的水平对称轴进行旋转，所述MEMS加速度计组合标定装置采用如权利要求1至5中任一项所述的MEMS加速度计组合标定方法对MEMS加速度计组合进行标定。

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