技术领域
[0001] 本
发明涉及惯性导航设备技术领域，尤其是一种系统级加速度计温度补偿方法，可用于单轴旋转调制式惯性导航设备、双轴旋转调制式惯性导航设备和捷联式惯性导航设备中加速度计的温度模型建立。
背景技术
[0002] 在工程应用中，加速度计的工作
环境温度发生变化时，它的标度因数和零位随温度会有较大的偏差，如果不加以补偿，在测量过程当中会有较大的误差，影响系统的导航
精度。
[0003] 一般加速度计安装于
导航系统内部，在系统工作条件下进行加速度计温度特性测试、建模与补偿，该方法的缺点是将加速度计输出与温度变化关系建模，无法将加速度计标度因数误差和零位与温度的关系分离。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于弥补
现有技术的不足之处，提供一种系统级加速度计温度补偿方法。该方法可以将加速度计标度因数误差和零位与温度的关系分离，保证补偿效果，提高导航精度。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术手段实现的：
[0006] 一种系统级加速度计温度补偿方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0007] ⑴、转位次序设定
[0008] 对Z向加速度计进行温度补偿时，在某一温度段，分别使Z向加速度计指天和指地；对Y向加速度计进行温度补偿时，在某一温度段，分别使Y向加速度计指天和指地；对X向加速度计进行温度补偿时，在某一温度段，分别使X向加速度计指天和指地；
[0009] ⑵、加速度计标度因数误差和零位计算
[0010] 根据温度范围在-10℃～+55℃之间进行加速度计标度因数误差和零位温度补偿时的温度分段示意图，在温度段i(i＝1,2,3,…,n)保持温度不变，按照设定的转位次序，分别使Z向加速度计、Y向加速度计、X向加速度计指天向和指地向，在指天向和指地向时，进行3分钟卡尔曼滤波精对准，估计指天向和指地向的加速度计零位，估计出的加速度计零位记为：
[0011] 第i温度段Z向加速度计指天时卡尔曼
滤波器估计出的零位；
[0012] 第i温度段Z向加速度计指地时卡尔曼滤波器估计出的零位；
[0013] 第i温度段Y向加速度计指天时卡尔曼滤波器估计出的零位；
[0014] 第i温度段Y向加速度计指地时卡尔曼滤波器估计出的零位；
[0015] 第i温度段X向加速度计指天时卡尔曼滤波器估计出的零位；
[0016] 第i温度段X向加速度计指地时卡尔曼滤波器估计出的零位；
[0017] 第i温度段X向加速度计标度因数误差(δKxi)和零位 的计算公式见式(1)～式(2)
[0018]
[0019]
[0020] 第i温度段Y向加速度计标度因数误差(δKyi)和零位 的计算公式见式(3)～式(4)
[0021]
[0022]
[0023] 第i温度段Z向加速度计标度因数误差(δKzi)和零位 的计算公式见式(5)～式(6)
[0024]
[0025]
[0026] ⑶、温补模型计算
[0027] 第i温度段X向加速度计温度敏感器测得的温度为Txi(i＝1,2,3,...,n)，第i温度段Y向加速度计温度敏感器测得的温度为Tyi(i＝1,2,3,...,n)，第i温度段Z向加速度计敏感器测得的温度为Tzi(i＝1,2,3,...,n)；
[0028] ①、标度因数误差温补模型计算；
[0029] ②、零位温补模型计算。
[0030] 而且，步骤⑶所述的标度因数误差温补模型计算为：
[0031] X向加速度计标度因数误差温补模型见式(7)：
[0032]
[0033] 式中j表示需要拟合的温补模型阶数，根据需要取j≥3，
[0034] 温补模型系数记为式(8)：
[0035]
[0036] 根据第1步和第2步，已知X向加速度计n个温度段的标度因数误差值和温度值，即：
[0037] X向加速度计第1至第n个温度段的标度因数误差矢量记为式(9)
[0038]
[0039] X向加速度计第1至第n个温度段的温度值矢量记为式(10)：
[0040]
[0041] 则根据最小二乘拟合方法，X向加速度计标度因数误差温补模型系数Ax计算公式见式(11)：
[0042]
[0043] Y向加速度计标度因数误差温补模型见式(12)：
[0044]
[0045] 式中j表示需要拟合的温补模型阶数，根据需要取j≥3，
[0046] 温补模型系数记为式(13)：
[0047]
[0048] 根据第1步和第2步，已知Y向加速度计n个温度段的标度因数误差值和温度值，即：
[0049] Y向加速度计第1至第n个温度段的标度因数误差矢量记为式(14)
[0050]
[0051] Y向加速度计第1至第n个温度段的温度值矢量记为式(15)：
[0052]
[0053] 则根据最小二乘拟合方法，Y向加速度计标度因数误差温补模型系数Ay计算公式见式(16)：
[0054]
[0055] Z向加速度计标度因数误差温补模型见式(17)：
[0056] δKz＝Az0+Az1·Tz+Az2·Tz2+…+Azj·Tzj………………………………(17)[0057] 式中j表示需要拟合的温补模型阶数，根据需要取j≥3，
[0058] 温补模型系数记为式(18)：
[0059]
[0060] 根据第1步和第2步，已知Z向加速度计n个温度段的标度因数误差值和温度值，即：
[0061] Z向加速度计第1至第n个温度段的标度因数误差矢量记为式(19)
[0062]
[0063] Z向加速度计第1至第n个温度段的温度值矢量记为式(20)：
[0064]
[0065] 则根据最小二乘拟合方法，Z向加速度计标度因数误差温补模型系数Az计算公式见式(21)：
[0066]
[0067] 而且，步骤⑶所述的零位温补模型计算为：
[0068] X向加速度计零位温补模型见式(22)：
[0069]
[0070] 式中j表示需要拟合的温补模型阶数，根据需要取j≥3，
[0071] 温补模型系数记为式(23)：
[0072]
[0073] 根据第1步和第2步，已知X向加速度计n个温度段的零位和温度值，即：
[0074] X向加速度计第1至第n个温度段的零位矢量记为式(24)
[0075]
[0076] X向加速度计第1至第n个温度段的温度值矢量见式(10)：
[0077] 则根据最小二乘拟合方法，X向加速度计零位温补模型系数Bx计算公式见式(25)：
[0078]
[0079] Y向加速度计零位温补模型见式(26)：
[0080]
[0081] 式中j表示需要拟合的温补模型阶数，根据需要取j≥3，
[0082] 温补模型系数记为式(27)：
[0083]
[0084] 根据第1步和第2步，已知Y向加速度计n个温度段的零位和温度值，即：
[0085] Y向加速度计第1至第n个温度段的零位矢量记为式(28)
[0086]
[0087] Y向加速度计第1至第n个温度段的温度值矢量见式(15)
[0088] 则根据最小二乘拟合方法，Y向加速度计零位温补模型系数By计算公式见式(29)：
[0089]
[0090] Z向加速度计零位温补模型见式(30)：
[0091]
[0092] 式中j表示需要拟合的温补模型阶数，根据需要取j≥3，
[0093] 温补模型系数记为式(31)：
[0094]
[0095] 根据第1步和第2步，已知Z向加速度计n个温度段的零位和温度值，即：
[0096] Z向加速度计第1至第n个温度段的零位矢量记为式(32)
[0097]
[0098] Z向加速度计第1至第n个温度段的温度值矢量见式(20)
[0099] 则根据最小二乘拟合方法，Z向加速度计零位温补模型系数Bz计算公式见式(33)：
[0100]
[0101] 本发明的优点和积极效果是：
[0102] 本发明针对加速度计温度补偿建模时，加速度计标度因数误差和零位随温度变化耦合在一起，无法分别建模的问题，设计了一种系统级加速度计温度补偿方法，利用转位机构，采用卡尔曼滤波技术，将加速度计标度因数误差和零位与温度之间的关系分离，分别建立加速度计标度因数误差模型和加速度计零位温度模型。该方法能够有效分离加速度计标度因数误差和零位随温度变化的趋势，实现加速度计标度因数误差温度补偿模型和加速度计零位温度补偿模型的建立。
[0103] 本发明成果设计思路巧妙，具有创新性，较好的解决了惯性导航系统加速度计温度补偿这一工程应用问题，可以有效解决加速度计零位和标度因数误差进行温度补偿时相互耦合的问题，使得惯性导航系统温度适应性有了保证，具有推广价值。
附图说明
[0104] 图1是加速度计系统级温度补偿
流程图；
[0105] 图2是温度分段示意图。
具体实施方式
[0106] 下面结合附图详细叙述本发明的
实施例，需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
[0107] 一种系统级加速度计温度补偿方法，包括以下步骤：
[0108] ⑴、转位次序设定
[0109] 表1加速度计系统级温度补偿方法转位次序示意
[0110]
[0111] 表1给出了分别进行Z向加速度计、Y向加速度计和Z向加速度计温度补偿时加速度计的指向。按照表1的转位次序设定，对Z向加速度计进行温度补偿时，在某一温度段，分别使Z向加速度计指天和指地；对Y向加速度计进行温度补偿时，在某一温度段，分别使Y向加速度计指天和指地；对X向加速度计进行温度补偿时，在某一温度段，分别使X向加速度计指天和指地。
[0112] ⑵、加速度计标度因数误差和零位计算
[0113] 图2给出了温度范围在-10℃～+55℃之间进行加速度计标度因数误差和零位温度补偿时的温度分段示意图，在温度段i(i＝1,2,3,…,n)保持温度不变，按照设定的转位次序，分别使Z向加速度计、Y向加速度计、X向加速度计指天向和指地向，在指天向和指地向时，进行3分钟卡尔曼滤波精对准，估计指天向和指地向的加速度计零位，估计出的加速度计零位记为：
[0114] 第i温度段Z向加速度计指天时卡尔曼滤波器估计出的零位；
[0115] 第i温度段Z向加速度计指地时卡尔曼滤波器估计出的零位；
[0116] 第i温度段Y向加速度计指天时卡尔曼滤波器估计出的零位；
[0117] 第i温度段Y向加速度计指地时卡尔曼滤波器估计出的零位；
[0118] 第i温度段X向加速度计指天时卡尔曼滤波器估计出的零位；
[0119] 第i温度段X向加速度计指地时卡尔曼滤波器估计出的零位。
[0120] 第i温度段X向加速度计标度因数误差(δKxi)和零位 的计算公式见式(1)～式(2)
[0121]
[0122]
[0123] 第i温度段Y向加速度计标度因数误差(δKyi)和零位 的计算公式见式(3)～式(4)
[0124]
[0125]
[0126] 第i温度段Z向加速度计标度因数误差(δKzi)和零位 的计算公式见式(5)～式(6)
[0127]
[0128]
[0129] ⑶、温补模型计算
[0130] 第i温度段X向加速度计温度敏感器测得的温度为Txi(i＝1,2,3,...,n)，第i温度段Y向加速度计温度敏感器测得的温度为Tyi(i＝1,2,3,...,n)，第i温度段Z向加速度计敏感器测得的温度为Tzi(i＝1,2,3,...,n)。
[0131] ①、标度因数误差温补模型计算
[0132] X向加速度计标度因数误差温补模型见式(7)：
[0133]
[0134] 式中j表示需要拟合的温补模型阶数，根据需要取j≥3。
[0135] 温补模型系数记为式(8)：
[0136]
[0137] 根据第1步和第2步，已知X向加速度计n个温度段的标度因数误差值和温度值，即：
[0138] X向加速度计第1至第n个温度段的标度因数误差矢量记为式(9)
[0139]
[0140] X向加速度计第1至第n个温度段的温度值矢量记为式(10)：
[0141]
[0142] 则根据最小二乘拟合方法，X向加速度计标度因数误差温补模型系数Ax计算公式见式(11)：
[0143]
[0144] Y向加速度计标度因数误差温补模型见式(12)：
[0145]
[0146] 式中j表示需要拟合的温补模型阶数，根据需要取j≥3。
[0147] 温补模型系数记为式(13)：
[0148]
[0149] 根据第1步和第2步，已知Y向加速度计n个温度段的标度因数误差值和温度值，即：
[0150] Y向加速度计第1至第n个温度段的标度因数误差矢量记为式(14)
[0151]
[0152] Y向加速度计第1至第n个温度段的温度值矢量记为式(15)：
[0153]
[0154] 则根据最小二乘拟合方法，Y向加速度计标度因数误差温补模型系数Ay计算公式见式(16)：
[0155]
[0156] Z向加速度计标度因数误差温补模型见式(17)：
[0157] δKz＝Az0+Az1·Tz+Az2·Tz2+…+Azj·Tzj………………………………(17)[0158] 式中j表示需要拟合的温补模型阶数，根据需要取j≥3。
[0159] 温补模型系数记为式(18)：
[0160]
[0161] 根据第1步和第2步，已知Z向加速度计n个温度段的标度因数误差值和温度值，即：
[0162] Z向加速度计第1至第n个温度段的标度因数误差矢量记为式(19)
[0163]
[0164] Z向加速度计第1至第n个温度段的温度值矢量记为式(20)：
[0165]
[0166] 则根据最小二乘拟合方法，Z向加速度计标度因数误差温补模型系数Az计算公式见式(21)：
[0167]
[0168] ②、零位温补模型计算
[0169] X向加速度计零位温补模型见式(22)：
[0170]
[0171] 式中j表示需要拟合的温补模型阶数，根据需要取j≥3。
[0172] 温补模型系数记为式(23)：
[0173]
[0174] 根据第1步和第2步，已知X向加速度计n个温度段的零位和温度值，即：
[0175] X向加速度计第1至第n个温度段的零位矢量记为式(24)
[0176]
[0177] X向加速度计第1至第n个温度段的温度值矢量见式(10)：
[0178] 则根据最小二乘拟合方法，X向加速度计零位温补模型系数Bx计算公式见式(25)：
[0179]
[0180] Y向加速度计零位温补模型见式(26)：
[0181]
[0182] 式中j表示需要拟合的温补模型阶数，根据需要取j≥3。
[0183] 温补模型系数记为式(27)：
[0184]
[0185] 根据第1步和第2步，已知Y向加速度计n个温度段的零位和温度值，即：
[0186] Y向加速度计第1至第n个温度段的零位矢量记为式(28)
[0187]
[0188] Y向加速度计第1至第n个温度段的温度值矢量见式(15)。
[0189] 则根据最小二乘拟合方法，Y向加速度计零位温补模型系数By计算公式见式(29)：
[0190]
[0191] Z向加速度计零位温补模型见式(30)：
[0192]
[0193] 式中j表示需要拟合的温补模型阶数，根据需要取j≥3。
[0194] 温补模型系数记为式(31)：
[0195]
[0196] 根据第1步和第2步，已知Z向加速度计n个温度段的零位和温度值，即：
[0197] Z向加速度计第1至第n个温度段的零位矢量记为式(32)
[0198]
[0199] Z向加速度计第1至第n个温度段的温度值矢量见式(20)
[0200] 则根据最小二乘拟合方法，Z向加速度计零位温补模型系数Bz计算公式见式(33)：
[0201]
