[发明专利]一种基于硅微结构分析的MEMS加速度计温漂误差估计方法

说明书

一种基于硅微结构分析的MEMS加速度计温漂误差估计方法，它属于新型微惯性器件领域。本发明解决了传统方法没有完全探索出MEMS加速度计温漂误差的温度相关量，导致估计温漂误差的非精准建模，进而使得MEMS加速度计温漂误差估计失准的问题。本发明从微结构效应角度入手，详细全面分析了硅基材料的温度依赖性，并较好地解耦其温度依赖性，在环境温度复杂多变的情况下，通过对温漂误差进行补偿，可以使MEMS加速度计的环境适应性得到了完全提升，MEMS加速度计实时精密、稳定可靠地输出载体加速度信息。本发明可以应用于载体加速度的检测。

技术领域

本发明属于新型微惯性器件领域，具体涉及一种基于硅微结构分析的MEMS加速度计温漂误差估计方法。

背景技术

随着科学技术的发展与进步，人类渴望获取可再生资源的美好愿望日益强烈。深空环境中蕴含有丰富的矿产和能源，甚至可能存在可支持地球生命生存的宜居环境。为有效缓解地球上人均占有自然资源率日益紧迫的局面，人类资源勘探步伐正逐步从地表转向深空，并投入了大量的人力物力以解决地球当前面临的巨大生存危机，例如，月壤开采，火星探测等。然而，由于受到极端恶劣深空环境的严重威胁，当前的科学技术还难以支撑自由独立的人为探索活动，因此无人智能设备被设计并广泛应用，例如，全天候无人机监测系统、中继卫星月球车、微型卫星、火星车和其他空间探测器等。

人类深空探测任务主要集中于火星和月球。在执行探测任务前，无人智能设备被发射到目标星球收集环境信息，以便为人类后续成功着陆做准备。由于运载火箭推力有限，其所搭载的无人智能装置需具有体积小、功耗低、环境适应性强等特点。出于精准完成目标任务考虑，精密导航设备是无人智能装置的刚性需求。因此，微型惯性器件是无人智能设备导航单元的首要选择，可用来精准测量无人智能装置的运动状态信息及导航定位信息。基于此，无人智能装置能够针对当前运行环境的特点以及自身的运行情况，实时调整当前运行指令以规避可能存在的风险，例如，无人探测器的倾覆和沉没，无人飞行器的坠毁。加速度信息对无人智能设备躲避风险以安全稳定运行起着重要作用，这也表明MEMS加速度计是无人智能设备的关键部件。

MEMS加速度计是由具有温度依赖性的硅基材料制成，其物理性能随环境温度的变化而改变。由于太空中环境温度大约为-180℃～130℃，大范围的环境温度变化不可避免地激励MEMS加速度计输出温漂误差，并由此进一步降低MEMS加速度计的输出精度。MEMS加速度计输出的温漂误差会激励微惯性导航系统的姿态误差、速度误差和航向误差随时间积累，并给无人智能设备的安全性和稳定性带来了潜在隐患。因此，温漂误差严重制约了MEMS加速度计在各种复杂条件下的普遍应用。由于受到当前材料加工工艺的限制，在工艺优化方面完全消除硅基材料的温度依赖性短时间内难以实现，基于数学模型精准高效估计MEMS加速度计温漂误差是提升其输出精准性的主要手段。传统的MEMS加速度计温漂误差模型以环境温度相关量为输入、以温漂误差为输出，基于数学模型实现由环境温度相关量估计温漂误差。因此，全面精准的环境温度相关量是准确估计温漂误差的基础，也是精准描述温漂误差的关键，但是，传统方法并没有完全探索出MEMS加速度计温漂误差的温度相关量，导致估计温漂误差的非精准建模，使得MEMS加速度计温漂误差估计失准。同时，复杂结构的数学模型会降低估计实时性，并可能引入因补偿不及时导致补偿精度降低的风险。因此，如何又“准”又“快”地估计并补偿温漂误差成为提升MEMS加速度计环境适应性最为有效的技术手段。

发明内容

本发明的目的是为解决传统方法没有完全探索出MEMS加速度计温漂误差的温度相关量，导致估计温漂误差的非精准建模，进而使得MEMS加速度计温漂误差估计失准的问题，而提出了一种基于硅微结构分析的MEMS加速度计温漂误差估计方法。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种基于硅微结构分析的MEMS加速度计温漂误差估计方法，所述方法具体包括以下步骤：

步骤一、获取用于估计MEMS加速度计温漂误差的温度相关量