[发明专利]基于温度滞后模型的微机电系统加速度计零偏补偿方法

说明书

本发明请求保护一种基于温度滞后模型的微机电系统MEMS(Micro Electro Mechanical System)加速度计零偏补偿方法，本发明首先采集在温度循环变化的条件下MEMS加速度计在静态时的多组原始零偏数据，利用扩展粒子滤波方法把原始温度、零偏数据作为训练样本，建立以升温拟合曲线和降温拟合曲线组合而成的温度滞后模型，并利用训练好的温度滞后模型对加速度计进行零偏补偿。本发明可被应用于MEMS加速度计的温度滞后零偏补偿，提高MEMS加速度计的加速度测量精度和稳定性。

技术领域

本发明涉及惯性导航技术领域，具体涉及一种基于温度滞后模型的微机电系统加速度计零偏补偿方法。

背景技术

微机械电子系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)，又称为微机电系统，是采用纳米技术加工出的新一代微型机电装置。加速度计是一种微机电系统惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)的核心器件，用于测量载体的加速度，具有体积小、精度高、寿命长等优点，被广泛地应用于惯性导航与定位领域。

由于惯性器件材料的热阻值、热应力差异，对应传感器输出会产生温度滞后效应，严重影响了加速度计零偏稳定性。因此，温度直接影响这在微机电系统加速度计的结果，从而影响导航系统或定位系统的准确性。微机电系统加速度计存在初始安装校准时间较长、器件材料对温度比较敏感、加速度积分误差随时间累积等不足；由于MEMS加速度计内部构造材料膨胀系数的差异会产生相应的热阻值和热应力差异；环境温度的变化对加速度计的零偏稳定性影响很大。温度漂移是目前影响加速度计精度最主要的因素之一，成为高精度加速度计研究与工程应用的难题。因此，对MEMS加速度计进行温度零偏补偿是惯性导航定位系统器件级优化的关键一步。

现有技术中，解决温度漂移的系统级措施主要包括温度控制和温度补偿。温度控制:增加温度控制系统，使加速度计工作在温度相对稳定的环境中，以抵抗外界温度的影响。但是温控系统启动时间长、功耗大，不能满足惯导系统快速启动、低功耗的应用需求。温度补偿：在导航计算机中写入温度补偿程序，然后根据加速度计实时温度对输出进行修正，从而提高加速度计的精度。该方法实现简单、启动快、无功耗，适合要求快速启动、体积重量小、功耗低的应用领域，但是软件补偿难点在于建立准确度高的加速度计温度漂移模型。常用的温度补偿建模包括：利用比力差分与最小二乘法进行数据拟合建立的加速度计温度漂移模型、利用多项式插值法建立的加速度计温度漂移补偿模型、基于神经网络的加速度计温度漂移补偿模型等，这些温度漂移模型经常存在两个问题：分别对零偏与标度因数建模补偿，容易造成重复误差；采用单一的温度补偿模型不能详细描述加速度计复杂的温度漂移。

发明内容

为了解决上述环境温度变化带来的加速度计零偏稳定性影响，针对传统的加速度计温度误差补偿方法适应性较差的问题，本发明提供一种基于温度滞后模型的微机电系统加速度计零偏补偿方法，该方法采用以温度值为自变量、加速度计零偏值为因变量的温度滞后模型，在全温范围内对MEMS加速度计零偏进行补偿。

一种基于温度滞后模型的MEMS加速度计零偏补偿方法，包括以下步骤：采集测试数据；将测试数据输入到训练好的温度滞后模型中，得到温度滞后零偏补偿值，利用温度滞后零偏补偿值对加速度计输出的原始加速度值进行零偏补偿，得到零偏补偿后的加速度值。其中，温度滞后模型的模型参数通过训练得到，训练过程包括：

k表示当前训练次数，k的初始值为0，n表示设定的最低迭代训练实验次数；

a、k＝k+1，进行第k次训练实验：获取第k次训练实验的原始温度测量数据，减小原始温度测量数据中的噪声干扰，得到去除噪声后的原始温度测量值；利用扩展粒子滤波算法对去除噪声后的原始温度测量值进行数据处理，得到以先验粒子与协方差矩阵参数为自变量的零偏补偿数据；其中，原始温度测量数据为MEMS加速度计在不同温度下测得的数据；