[发明专利]一种高精度的加速度计温度补偿方法

说明书

本发明公开了一种高精度的加速度计温度补偿方法，属于惯性测量领域。石英挠性加速度计由表头组件及伺服电路组件构成。环境温度的变化会使石英挠性加速度计内部各种材料的物理参数发生变化，从而对加速度计的输出产生影响。本发明提出了一种大理石工装单表级两向变温温度建模方法，消除了以往温度建模过程中捷联惯导组合本体、测试工装的变形对加速度计精度的影响，实现了全温条件下加速度计零偏稳定性3σ≤0.05mg的精度。

技术领域

本发明涉及一种用于导航与制导的高精度、小体积捷联惯导的加速度计温度补偿方法，属于惯性测量领域。

背景技术

石英挠性加速度计是捷联惯导系统的核心敏感元件之一，其精度直接影响到导航系统的姿态、速度和定位精度。环境温度、振动、磁场和气压等因素都会对加速度计精度产生影响,其中环境温度的影响尤为重要。因此，在进行惯导系统设计时需要考虑环境温度的影响。目前国内改善温度对加速度计影响的措施主要是温度控制或温度补偿。温度控制方法是给加速度计增加温度控制系统，使其工作在一个相对恒定的温度环境中，以抵抗外界温度变化带来的影响，其不足点是温度稳定时间长、功耗大，因此不能满足快速启动、低功耗的捷联式导航系统的需求。温度补偿是一种软件补偿的方法，该方法首先通过一定的测试方法建立加速度计输出随温度变化的模型，然后再根据所测定的加速度计温度利用软件对加速度输出进行修正，从而提高加速度计的测量精度，相比于温度控制方法无温度稳定时间要求、无额外功耗消耗等特点，因此非常适合于要求快速启动、体积重量小、功耗低的应用领域。

要实现精确的温度补偿，必须建立准确的加速度计温度误差模型，温度对惯导系统中加速度计组件输出的影响主要表现在两个方面：一方面，在系统正常工作时，系统内部温度变化导致加速度计本身刻度因子以及零偏发生变化，从而导致加速度计组件测量失准；另一方面，在温度的影响下，结构本体、测试设备等产生结构形变，导致加速度计敏感轴产生偏移，进一步导致安装误差变化，影响加速度计组件测量精度。对中低精度的惯导系统来讲，对零偏和标度因数进行温度补偿效果最好，精度也可以满足要求，但对于高精度的惯导系统，若测试设备产生了2角秒的变形，相当于加速度计引入1*10^-5g的误差，因此，由结构本体及测试工装的变形引起的安装的变形是忽略不掉的，而实际中又无法定量测量这些变形量，这就需要设计一种高精度的温度补偿方法，来消除安装变形引起的误差。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种高精度的加速度计温度补偿方法，消除了温度建模过程中组合本体、测试工装的变形对高精度捷联惯导中加速度计精度的影响。

本发明的技术解决方案是：

一种高精度的加速度计温度补偿方法，包括如下步骤：

(1)将捷联惯导中三只加速度计安装在大理石工装上；

(2)将大理石工装放置在温控试验箱中，放置好后，使各个加速度计的敏感元件指向天；

(3)加速度计通过线缆与外部捷联惯导数据采集系统相连，关闭温控试验箱门，设定温控试验箱温度控制程序，使温控试验箱在低温-40℃保温3小时，之后温控试验箱以0.25℃/min的上升速率升温，当温度到达70℃后保温0.5小时；

(4)在温度试验箱低温-40℃保温3小时后，打开外部捷联惯导数据采集系统供电电源，开始采集加速度计的输出，随着温控试验箱温度升高，实时采集加速度计的输出，直到高温70℃保温0.5小时后，断开外部捷联惯导数据采集系统供电电源；

(5)设定温控试验箱温度为常温25℃，在温控试验箱到达常温25℃后，打开温控试验箱门，改变大理石工装在温控试验箱中的方向，使各个加速度计的敏感元件指向地；

(6)关闭温控试验箱门，设定温控试验箱温度控制程序，使温控试验箱在低温-40℃保温3小时，之后温控试验箱以0.25℃/min的上升速率升温，当温度到达70℃后再稳定0.5小时；