[发明专利]MEMS一体化IMU温度补偿改进方法

说明书

技术领域

本发明是一种MEMS一体化IMU温度补偿改进方法，适用于惯性导航、导航制导与控制、微机电加工制造领域。

背景技术

就当前技术发展现状来看，微型传感器已经对大量不同应用领域，如航空、远距离探测、医疗及工业自动化领域的信号探测系统产生了深远的影响。低精度MEMS惯性传感器作为消费电子类产品主要用于手机、游戏机、音乐播放器、无线鼠标、数码相机、PD、硬盘保护、智能玩具、计步器、防盗系统、GPS导航等便携式。由于具有加速度测量、倾斜测量、振动测量甚至转动测量等基本测量功能，有待挖掘的消费电子应用会不断出现。

中级MEMS惯性传感器作为工业级及汽车级产品，则主要用于汽车电子稳定系统（ESP或ESC）GPS辅助导航系统，汽车安全气囊、车辆姿态测量、精密农业、工业自动化、大型医疗设备、机器人、仪器仪表、工程机械等。

高精度的MEMS惯性传感器作为军用级以及宇航级产品，主要要求高精度、全温区、抗冲击等指数。主要用于通讯卫星无线、导弹导引头、光学瞄准系统等稳定性应用；飞机/导弹飞行控制、姿态控制、偏航阻尼等控制应用、以及中程导弹制导、惯性GPS导航等制导应用、远程飞行器船舶仪器、战场机器人等。

过去三年，全球MEMS惯性传感器的发展趋势正向两极化发展，一方面消费电子类应用、应用领域不断扩展，需求迅速提高，引来制造商不断增加，竞争加剧，单价不断下降；另一方面，工业级和军用级应用精度不断提高，单价上升很快。

现有低端陀螺，其静态模型的建立主要是以温度建立索引表（即翻滚法，如美国霍尼维尔Honeywell公司,美国Crossbow公司等），主要考虑了不同温度工作时，温度对陀螺零漂、陀螺比例因子、陀螺安装误差的影响。

然而，影响陀螺静态模型的温度还有很多，主要有：起始工作（即开机）、起始温度、温度变化、温度梯度、温变速率、转动速率、转动方向等因素。低精度MEMS陀螺的精度同样受温度、温度梯度等的影响，也有着较明显的非线性，并存在着与g有关项。如何针对MEMS陀螺，建立起更精确的模型，进一步做多因素方差分析，剔除噪声影响和次要因素，对陀螺静态模型进行更准确的描述，有助于系统信息融合性能的提高。

总体来说，温度对MEMS器件的影响巨大。如果能有效地使用温度补偿方法，可以大幅度提高MEMS陀螺仪的精度和稳定性。

发明内容

本发明公开了一种MEMS一体化IMU温度补偿改进方法，使用MEMS器件内部温度传感器，对MEMS陀螺仪的振动进行补偿，同时将滤波后的温度输出，用于IMU的部件级补偿。为了减小温度对MEMS陀螺振动频率的影响，采用内部温度传感器进行温度补偿。由于温度变化会增加补偿噪声，本发明为了减小温度变化对补偿效果的影响，对温度传感器输出的温度进行滤波，使用平稳的温度数据进行建模补偿。同时，将滤波后的温度数据输出，使用同一个温度对陀螺仪和IMU进行温度补偿，增强了MEMS陀螺和IMU部件补偿的一致性。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果如下。

1、适用范围广，可以用于多种MEMS传感器应用领域。

2、没有增加额外硬件，使用MEMS器件内部自带的温度传感器获取数据，实现了数据复用和共享。

3、利用MEMS器件内部自带的处理器进行温度数据滤波，充分利用FPGA的并行计算能力，没有明显增加系统运算负担。

4、MEMS陀螺仪和MEMSIMU使用同一个温度源进行温度补偿，实现了温度补偿的一致性。

本发明的技术创新性包括如下几点。

1、完成高精度MEMS陀螺仪的原型开发，定型产品生产并广泛应用于国内外航空市场。

2、采用两级温度补偿方法降低MEMS陀螺仪的温漂，解决陀螺仪应用中作重要的全温工作问题。

3、使用小波分析方法对陀螺数据进行分析，建立MEMS陀螺仪误差模型，为MEMS陀螺的应用提供数学支撑。

4、开发一体化标定算法，提高陀螺仪标定效率，保证陀螺仪能够量产。

附图说明