[发明专利]基于单轴转台的三轴MEMS陀螺旋转积分标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三轴MEMS（微机电系统，Micro-Electro-Mechanical Systems）陀螺标定方法，属于MEMS陀螺技术领域。

背景技术

传统的陀螺标定方法包括：静态多位置法和角速率法。通过位置测试和角速率测试可以标定出陀螺的确定性误差系数。其方法和步骤比较复杂，每个误差项都有不同的标定方法和步骤，而且有的误差项的标定需要很长的数据采集时间；虽然该方法标定的精度很高，但标定时间很长。

针对传统标定方法耗时太长的问题，有研究人员发明了一种基于光纤陀螺的无转台现场快速标定方法，其方法没有精密转台作为标定基准，而是通过多位置旋转，再通过积分求解出陀螺各误差系数。虽然该方法操作简便快捷，实现了陀螺的快速标定，但是在无精密转台情况下固定陀螺的平面不能完全水平，并且陀螺的旋转角度不能精确控制，甚至会引入人为操作误差；因此，该方法不能保证标定的精度；再者，该方法是基于光纤陀螺，没有考虑陀螺的加速度敏感性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于单轴转台的三轴MEMS陀螺旋转积分标定方法，主要解决传统陀螺标定方法的耗时问题和无转台现场快速标定方法的低精度问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于单轴转台的三轴MEMS陀螺旋转积分标定方法，其特征是，包括以下步骤：

1)建立MEMS陀螺的误差模型：

建立的误差模型中包含固定零偏、标度因数、交叉耦合系数、加速度敏感性系数；

2)对MEMS陀螺六位置旋转标定：

将三轴MEMS陀螺固定在单轴转台上，分别测试陀螺的输入敏感轴指向+Z轴、-Z轴、±X轴、±Y轴方向，并且转台分别逆时针转过360°、顺时针转过360°的数据，记录下MEMS陀螺在这6个位置、12次旋转的测试数据和采样时间；

3）计算MEMS陀螺误差系数：

通过对MEMS陀螺的上述6个位置、12次旋转，简化MEMS陀螺的误差模型，分别得到陀螺旋转后的误差模型，对该旋转后的误差模型等式两边进行积分运算，建立误差方程组，求解出MEMS陀螺的固定零偏、标度因数、交叉耦合系数、加速度敏感性系数。

步骤1）中建立的MEMS陀螺的误差模型为：

S_iU_ij＝B_i+A_xia_x+A_yia_y+A_zia_z+K_xiω_x+K_yiω_y+K_ziω_z,(i＝x,y,z)(1)

其中：S_i是i轴陀螺的标度因数，U_ij是i轴陀螺第j次旋转的输出电压值，

B_i是i轴陀螺的固定零偏，a_x、a_y、a_z是加速度沿各轴的分量，A_xi、A_yi、A_zi是陀螺加速度敏感性系数，K_xi、K_yi、K_zi是交叉偶合系数（K_xx＝K_yy＝K_zz＝1），ω_xj、ω_yj、ω_zj是陀螺输入角速率。

步骤2）中MEMS陀螺六位置旋转标定的步骤为：

将三轴MEMS陀螺固定在转台平面上，使陀螺的敏感轴指向+Z轴方向，给陀螺加电，并进行数据采集，等待陀螺工作稳定后，将陀螺逆时针转过360°，然后静止一段时间，保存从陀螺工作稳定到静止这段时间的所有数据，并记录采样时间，记为t，t为整个旋转过程的时间和静止时间的总和；然后，再将陀螺顺时针旋转360°，保持静止状态，保存测试数据并记录采样时间；再将陀螺按-Z、±X和±Y方向放置，重复以上测试步骤，记录6个位置、12次旋转的测试数据和采样时间。

根据步骤2）中的标定步骤，顺/逆时针方向旋转，采集陀螺输出的电压量，并对旋转后简化的误差模型方程两边在时间0～t内进行积分运算，建立误差方程组，求解出MEMS陀螺各项误差系数的公式如下：

标度因数计算公式：