[发明专利]一种MEMS陀螺仪温度误差补偿方法

说明书

本发明公开了一种MEMS陀螺仪温度误差补偿方法，包括：对陀螺仪进行全温零偏及标度因数测试，绘制陀螺仪角速度输出偏差与角速度输出的变化关系曲线及陀螺仪角速度输出偏差与温度输出的变化关系曲线；建立陀螺仪角速度输出偏差与角速度输出的关系模型；建立陀螺仪角速度输出偏差与温度输出的关系模型；建立陀螺仪角速度输出偏差与角速度输出和温度输出的拟合估计曲面，计算拟合系数；根据得到的拟合估计曲面计算补偿量。可以实现对陀螺仪进行全温零偏及标度因数同时补偿，不仅提高了补偿的精度，试验效率也明显提高，同时也避免出现某些项比如温度的叠加影响导致的补偿效果不佳的情况。

技术领域

本发明涉及MEMS陀螺仪的温度补偿技术领域，具体地涉及一种MEMS陀螺仪温度误差补偿方法，可以对陀螺仪全温零偏及标度因数同时补偿。

背景技术

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)陀螺仪主要由敏感结构及其信号处理电路构成，是一种利用科氏力测量物体角速度的传感器。具有体积小、成本低、功耗低、抗过载、易集成等特点，在消费电子、工业机器人、无人机及军事领域具有广阔的应用前景。然而，硅基MEMS陀螺仪(以下简称陀螺仪)很容易发生温漂，外界环境温度的变化以及陀螺仪工作时产生的热量均能使得微小的敏感结构温度发生变化，器件参数随之产生改变，最终导致陀螺仪的零位漂移(以下简称零偏)和标度因数产生变化。因此，陀螺仪零偏和标度因数温度误差补偿对提高其精度十分必要。

为降低温度对陀螺仪性能的影响，目前一般采用以下四种方式：1)研制对温度不敏感的敏感结构；2)在敏感结构中增加负温度系数的部分以补偿温度的影响；3)通过外加装置保持陀螺仪工作环境温度稳定；4)建立温度误差补偿模型，计算出误差补偿量，进行实时补偿。综合工程应用考虑，第4种方式具有较强的实用性，也是目前工程实际中的广泛应用的方法。具体如下：

文献[1]房建成，张霄，李建利.一种MEMS陀螺标度因数误差补偿方法[J].航空学报提出了一种按照陀螺仪角速度大小分段插值对标度因数进行补偿的方法；文献[2]王成宾，乌萌，管斌.MEMS陀螺零偏温度补偿模型研究[J].导航与控制提出了一种利用最小二乘法并结合多元线性回归技术实现陀螺仪零偏温度补偿的方法。

CN2018112376095，提出了一种新型光纤陀螺仪的温度补偿方法，利用温度及温度梯度构造光纤陀螺仪的温度补偿模型，以实现对光纤陀螺仪的零偏温度补偿。

CN2018101755647，提出了一种MEMS陀螺仪的综合温度补偿方法，通过采集陀螺仪在不同温度下的原始输出值进行多项式拟合和线性插值计算，实现MEMS陀螺仪的零偏温度补偿，优点是简化算法，以提高微处理器计算效率。

CN2016107090722，针对MEMS陀螺仪在实际使用过程中出现异常偏置温漂的情况，提出了一种基于样品温度标定曲线进行温度补偿的方法，主要解决陀螺仪的异常偏置温漂的温度补偿问题，提高陀螺仪产品的成品率，对改善陀螺仪温度性能的作用不大。

综上所述，目前常规采用的陀螺仪温度补偿方法大多着重于对零偏温度误差进行补偿，而在实际工程应用中，标度因数对导航解算的精度起着很大的作用，因此对标度因数的温度补偿亦十分重要。现存文献一般先后对陀螺仪的零偏和标度因数进行分别补偿，补偿的先后次序也影响着补偿效果；在多次补偿中，存在某些项比如温度的叠加影响导致补偿效果不佳的情况出现。

因此，有必要提出一种对陀螺仪零偏及标度因数同时补偿的方法，以解决上述问题。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明目的是：提供了一种MEMS陀螺仪温度误差补偿方法，可以对陀螺仪的全温零偏及标度因数同时补偿，不仅提高了补偿的精度，试验效率也明显提高，同时也避免出现某些项比如温度的叠加影响导致的补偿效果不佳的情况。

本发明的技术方案是：

一种MEMS陀螺仪温度误差补偿方法，包括以下步骤：