專利名稱：慣性測量組合溫度補償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于慣性測量組合設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種慣性測量組合溫度補償方法。
背景技術(shù)：
慣性測量組合是飛行器控制系統(tǒng)的核心部件，主要用于測量飛行器在飛行中繞彈體三個軸轉(zhuǎn)動的角速率和質(zhì)心沿彈體三個軸的視加速度。慣性測量組合的測量精度是直接影響飛行器定位精度的一個重要因素，另外，在不同環(huán)境溫度下慣性測量組合能否滿足短時間工作后等精度測量輸出，將直接影響飛行器系統(tǒng)的快速反應(yīng)和迅速運動。目前慣性測量組合通常采用溫度控制方案進行設(shè)計，在慣性測量組合內(nèi)設(shè)計溫度控制電路，并采取內(nèi)隔熱與外傳導(dǎo)措施，確保慣性敏感器件的溫度控制在一個固定的溫度點，從而降低外界溫度對慣性敏感器件的影響，慣性測量組合溫度控制方案的缺點是產(chǎn)品功耗大、體積大、輸出精度穩(wěn)定時間長。不同的慣性測量組合存在著性能差異，為了滿足慣性測量組合短時間上電后的等精度測量輸出，以適應(yīng)飛行器系統(tǒng)快速反應(yīng)、迅速運動和精確定位的要求，必須選擇一種新的處理方式替代現(xiàn)有的慣性測量組合溫度控制方案。目前在工程應(yīng)用方面還沒有可供使用的慣性測量組合溫度補償方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有慣性測量組合溫度控制方案功耗大、體積大、輸出精度穩(wěn)定時間長，在實際操作過程中難以實現(xiàn)快速反應(yīng)等問題，提出一種操作簡便、適用性強、在實際操作過程中能快速反應(yīng)的慣性測量組合溫度補償方法。為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種慣性測量組合溫度補償方法，包括以下步驟步驟I)將慣性測量組合放置在能實現(xiàn)升溫、降溫和保溫功能的溫控轉(zhuǎn)臺內(nèi)，設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)溫度TC，當(dāng)溫控轉(zhuǎn)臺溫箱內(nèi)溫度達到標(biāo)準(zhǔn)溫度TC后，將慣性測量組合分別停留在以X軸、I軸、z軸為基準(zhǔn)的二十四個位置上，記錄每個位置慣性測量組合的實測溫度值，加速度計通道和陀螺通道的輸出數(shù)據(jù)；再將慣性測量組合分別繞X軸、y軸、z軸旋轉(zhuǎn)，記錄陀螺通道隨慣性測量組合轉(zhuǎn)動時的輸出數(shù)據(jù)；步驟2)將溫控轉(zhuǎn)臺溫度升溫或降溫到溫度設(shè)定值T+m°C后重復(fù)步驟I)；步驟3)將步驟I)和步驟2)處理過程中的記錄的所有慣性測量組合數(shù)據(jù)信息進行處理，根據(jù)慣性測量組合在T+m°C溫度下的實測溫度值求出慣性敏感器件的溫度值為
T(T+mrc，并根據(jù)慣性敏感器件的溫度值fa+—。。，分別求出測溫電路在T+m°C溫度下的標(biāo)
稱值；根據(jù)慣性測量組合在二十四個位置時慣性測量組合輸出的加速度矢量信息，分別求出加速度計在T+m°C溫度下的零位，通過慣性測量組合在二十四個位置時輸出的加速度矢量信息，分別求出加速度計在T+m°C溫度下的當(dāng)量；根據(jù)慣性測量組合在二十四個位置輸出的角速率矢量信息，分別求出陀螺在T+m°C溫度下的零位；根據(jù)慣性測量組合繞X軸、y軸和z軸旋轉(zhuǎn)時陀螺通道的輸出數(shù)據(jù)，計算陀螺在T+m°C溫度下標(biāo)度因數(shù)；步驟4)建立慣性測量組合溫度特性數(shù)學(xué)模型，將步驟3)中所得數(shù)據(jù)進行近似等效，當(dāng)相鄰兩個溫度點接近時，將兩個臨近溫度點之間慣性敏感器件的零位和當(dāng)量變化近似等效為線性關(guān)系，并繪制以溫度為X軸，零位或當(dāng)量為y軸的慣性測量組合溫度特性數(shù)學(xué)模型圖； 步驟5)根據(jù)步驟4)所建立的慣性測量組合溫度特性數(shù)學(xué)模型將慣性敏感器件的零位分別回歸到標(biāo)稱溫度TC下的零位，將慣性敏感器件的當(dāng)量和標(biāo)度因數(shù)也分別回歸到標(biāo)稱溫度TC下的當(dāng)量和標(biāo)度因數(shù)，最終使慣性器件的零位和當(dāng)量變化與環(huán)境溫度無關(guān)，完成溫度補償過程。有益效果本發(fā)明操作簡單、適用性強，能實現(xiàn)慣性測量組合適應(yīng)不同工作溫度條件下短時間上電后的快速等精度輸出，為飛行器系統(tǒng)快速反應(yīng)，迅速運動和精確定位提供了重要的技術(shù)保障。


圖I為慣性測量組合溫度特性數(shù)學(xué)模型圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細說明。在本說明書中所述慣性測量組合中起測量作用的器件為慣性敏感器件，慣性敏感器件包括加速度計和陀螺。本發(fā)明提供了一種慣性測量組合溫度補償方法，其方法是步驟I)通過實驗記錄慣性測量組合溫度特性參數(shù)，具體為將慣性測量組合放置在能實現(xiàn)升溫、降溫和保溫功能的溫控轉(zhuǎn)臺內(nèi)，設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)溫度TC，當(dāng)溫控轉(zhuǎn)臺溫箱內(nèi)溫度達到標(biāo)準(zhǔn)溫度TC后，將慣性測量組合分別停留在以X軸、y軸、z軸為基準(zhǔn)的二十四個位置上，X軸、y軸、z軸為慣性敏感器件對應(yīng)的三個定位方向，X軸、y軸、z軸相互正交且滿足右手定則；所述以X軸、y軸、z軸為基準(zhǔn)的二十四個位置分別為Axl位置定義為X軸向上，y軸向東，z軸向北；Ax2位置定義為X軸向上，y軸向北，z軸向西；Ax3位置定義為X軸向上，y軸向西，z軸向南；Ax4位置定義為X軸向上，y軸向南，z軸向東；Ax5位置定義為X軸向下，y軸向北，z軸向東；Ax6位置定義為X軸向下，y軸向西，z軸向北；Ax7位置定義為X軸向下，y軸向南，z軸向西；Ax8位置定義為X軸向下，y軸向東，z軸向南；Ayl位置定義為y軸向上，X軸向東，z軸向南；Ay2位置定義為y軸向上，x軸向南，z軸向西；Ay3位置定義為y軸向上，X軸向西，z軸向北；Ay4位置定義為y軸向上，X軸向北，z軸向東；Ay5位置定義為y軸向下，X軸向北，z軸向西；Ay6位置定義為y軸向下，X軸向東，z軸向北；Ay7位置定義為y軸向下，X軸向南，z軸向東；Ay8位置定義為y軸向下，X軸向西，z軸向南；Azl位置定義為z軸向上,y軸向東,X軸向南；Az2位置定義為z軸向上,y軸向南,x軸向西；Az3位置定義為z軸向上，y軸向西，X軸向北；Az4位置定義為z軸向上，y軸向北，X軸向東；Az5位置定義為z軸向下，y軸向北,X軸向西；Az6位置定義為z軸向下，y軸向東,X軸向北；Az7位置定義為z軸向下，y軸向南，X軸向東；Az8位置定義為z軸向下，y軸向西，X軸向南；I. I)將慣性測量組合依次停留在Axl、Ax2、Ax3> Ax4、Ax5、Ax6、Ax7、Ax8,共八個位置，每個位置停留2分鐘，記錄每個位置慣性測量組合加速度計通道的輸出數(shù)據(jù)，依次計為Nx(Ax1)、
Nx (Ax2)、Nx (Αχ3)、Nx (Αχ4)、Nx (Αχ5)、(Αχ6)、(Αχ7)、Nx (Αχ8)， 同時記錄慣性測量組合陀螺通道的輸出數(shù)據(jù)，
依次計為 wx(Axl)、wx(Ax2)、wx(Ax3)、wx(Ax4)、wx(Ax5)、wx(Ax6)、wx(Ax7)、wx(Ax8)，然后將慣性測量組合繞 X 軸分別以1° /秒、-1° /秒、3° /秒、-3° /秒、5° /秒、-5° /秒，共六種速率旋轉(zhuǎn)，后續(xù)將上述轉(zhuǎn)動過程依次簡稱為=WxPWxYWj^WxIWx5Irf，每種速率旋轉(zhuǎn)時間為2分鐘，陀螺隨慣性測量組合轉(zhuǎn)動時輸出數(shù)據(jù)依次計為、w^l , Kx3、^wx, , ^wx,.I. 2)將慣性測量組合依次停留在Ayl、Ay2, Ay3> Ay4, Ay5, Ay6, Ay7, Ay8,共八個位置，每個位置停留2分鐘，記錄每個位置慣性測量組合加速度計通道的輸出數(shù)據(jù)，依次計為Ny(Ayl)、
Ny (Ay2)、Ny (Ay3)、Ny (Ay4)、Ny (Ay5)、Ny (Ay6)、Ny (Ay7)、Ny (Ay8) 同時記錄慣性測量組合陀螺通道的輸出數(shù)據(jù)，
依次計為
Wy (Ayl)、Wy (Ay2)、Wy (Ay3)、Wy (Ay4)、Wy (Ay5)、(Ay6)、(AyT)、(Ay8)， 然后將慣性測量組合繞I軸
分別以1° /秒、-1° /秒、3° /秒、-3° /秒、5° /秒、-5° /秒，共六種速率旋轉(zhuǎn)，后續(xù)將上述轉(zhuǎn)動過程依次簡稱為，每種速率旋轉(zhuǎn)時間為2分鐘，陀螺隨慣性測量組合轉(zhuǎn)動時輸出數(shù)據(jù)依次計為^yl、^wyj、Ky3、Ky.3 Ky5、^wy,.I. 3)將慣性測量組合依次停留在Azl、Az2、Az3> Az4、Az5、Az6、Az7、Az8,共八個位置，每個位置停留2分鐘，記錄每個位置慣性測量組合加速度計通道的輸出數(shù)據(jù)，依次計為Nz(Az1)、
Nz(Az2)、Nz (Az3)、Nz(Az4)、Nz(AyzS)、(Az6)、^"z (Az7)、Nz(Az8)， 同時記錄慣性測量組合陀螺通道的輸出數(shù)
據(jù)，依次計為 Wz(Azl)、ffz(Az2)、wz(Az3)、ffz(Az4)、WZ(AZ5)、Wz(Az6)、ffz(Az7)、ffz(Az8)，然后將慣性測量組合繞Z軸分別以1° /秒、-1° /秒、3° /秒、-3° /秒、5° /秒、-5° /秒，共六種速率旋轉(zhuǎn)，后續(xù)將上述轉(zhuǎn)動過程依次簡稱為=WzPWzYWdzIWz5Irf，每種速率旋轉(zhuǎn)時間為2分鐘，陀螺隨慣性測量組合轉(zhuǎn)動時輸出數(shù)據(jù)依次計為^zl、w^1、、^wz, Kz5、Kz.5。步驟2)將溫控轉(zhuǎn)臺溫度升溫或降溫到溫度設(shè)定值T+30°C、T+20°C、T+10°C、T°C、T-IO °C、T-20°C、T-25°C、T-30°C、T-35°C、、T-40°C 時后重復(fù)步驟 I. I)、I. 2),1. 3)步驟3)通過計算求出建立慣性測量組合需要的各項數(shù)據(jù)，具體為3. I)求出慣性測量組合在標(biāo)準(zhǔn)溫度T+m°C環(huán)境下，慣性敏感器件的實測溫度值為
T(r+mrc，計算公式如下
權(quán)利要求
1.一種慣性測量組合溫度補償方法，包括以下步驟 步驟I)將慣性測量組合放置在能實現(xiàn)升溫、降溫和保溫功能的溫控轉(zhuǎn)臺內(nèi)，設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)溫度TC，當(dāng)溫控轉(zhuǎn)臺溫箱內(nèi)溫度達到標(biāo)準(zhǔn)溫度TC后，將慣性測量組合分別停留在以X軸、y軸、z軸為基準(zhǔn)的二十四個位置上，記錄每個位置慣性測量組合的實測溫度值，加速度計通道和陀螺通道的輸出數(shù)據(jù)；再將慣性測量組合分別繞X軸、y軸、z軸旋轉(zhuǎn)，記錄陀螺通道隨慣性測量組合轉(zhuǎn)動時的輸出數(shù)據(jù)； 步驟2)將溫控轉(zhuǎn)臺溫度升溫或降溫到溫度設(shè)定值T+m°C后重復(fù)步驟I)； 步驟3)將步驟I)和步驟2)處理過程中記錄的所有慣性測量組合數(shù)據(jù)信息及溫度信息進行處理，根據(jù)慣性測量組合在T+m°C溫度下的實測溫度值求出慣性敏感器件的溫度值為J\T+mrc ’并根據(jù)慣性敏感器件的溫度值fa+—。。，分別求出測溫電路在T+m°C溫度下的標(biāo)稱值；根據(jù)慣性測量組合在二十四個位置時慣性測量組合輸出的加速度矢量信息，分別求出加速度計在T+m°C溫度下的零位和當(dāng)量；根據(jù)慣性測量組合在二十四個位置時輸出的角速率矢量信息，分別求出陀螺在T+m°C溫度下的零位；根據(jù)慣性測量組合繞X軸、y軸和z軸旋轉(zhuǎn)時陀螺通道輸出的角速率矢量信息，計算陀螺在T+m°C溫度下標(biāo)度因數(shù)； 步驟4)建立慣性測量組合溫度特性數(shù)學(xué)模型將步驟3)中所得數(shù)據(jù)進行近似等效，當(dāng)相鄰兩個溫度點接近時，將兩個臨近溫度點之間慣性敏感器件的零位和當(dāng)量變化近似等效為線性關(guān)系，并繪制以溫度為X軸，零位、當(dāng)量或標(biāo)度因數(shù)為y軸的慣性測量組合溫度特性數(shù)學(xué)模型圖； 步驟5)根據(jù)步驟4)所建立的慣性測量組合溫度特性數(shù)學(xué)模型將慣性敏感器件的零位分別回歸到標(biāo)準(zhǔn)溫度TC下的零位，將慣性敏感器件的當(dāng)量或標(biāo)度因數(shù)也分別回歸到標(biāo)準(zhǔn)溫度TC下的當(dāng)量或標(biāo)度因數(shù)，最終使慣性器件的零位、當(dāng)量或標(biāo)度因數(shù)變化與環(huán)境溫度無關(guān)，完成溫度補償過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的慣性測量組合溫度補償方法，其特征在于所述步驟I)中所述X軸、y軸、z軸為慣性敏感器件對應(yīng)的三個定位方向，X軸、y軸、z軸相互正交且滿足右手定則；所述以X軸、y軸、z軸為基準(zhǔn)的二十四個位置分別為Axl位置定義為X軸向上，y軸向東，z軸向北；Ax2位置定義為X軸向上，y軸向北，z軸向西；Ax3位置定義為X軸向上，y軸向西，z軸向南；Ax4位置定義為X軸向上，y軸向南，z軸向東；Ax5位置定義為X軸向下，y軸向北，z軸向東；Ax6位置定義為X軸向下，y軸向西，z軸向北；Ax7位置定義為X軸向下，y軸向南，z軸向西；Ax8位置定義為X軸向下，y軸向東，z軸向南；Ayl位置定義為y軸向上，X軸向東，z軸向南；Ay2位置定義為y軸向上，X軸向南，z軸向西；Ay3位置定義為y軸向上，x軸向西，z軸向北；Ay4位置定義為y軸向上，X軸向北，z軸向東；Ay5位置定義為y軸向下，X軸向北，z軸向西；Ay6位置定義為y軸向下，X軸向東，z軸向北；Ay7位置定義為y軸向下，X軸向南，z軸向東；Ay8位置定義為y軸向下，X軸向西，z軸向南；Azl位置定義為z軸向上,y軸向東，X軸向南；Az2位置定義為z軸向上,y軸向南,X軸向西；Az3位置定義為z軸向上,y軸向西，X軸向北；Az4位置定義為z軸向上，y軸向北，X軸向東；Az5位置定義為z軸向下，y軸向北，X軸向西；Az6位置定義為z軸向下，y軸向東，X軸向北；Az7位置定義為z軸向下，y軸向南，X軸向東；Az8位置定義為z軸向下，y軸向西，X軸向南。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的慣性測量組合溫度補償方法，其特征在于所述步驟I)具體為 、 I. I)將慣性測量組合依次停留在ax1、ax2、ax3、ax4、ax5、ax6、ax7、ax8，共八個位置，每個位置停留2分鐘，記錄每個位置慣性測量組合加速度計通道的輸出數(shù)據(jù)，依次計為Nx(Ax1)、Nx(Ax2)、Νχ(Αχ3)、Νχ(Αχ4)、Νχ(Αχ5)、Νχ(Αχ6)、(Αχ7)、(Αχ8)， 同時記錄慣性測量組合陀螺通道的輸出數(shù)據(jù)，依次計為 Wx(Axl)、Wx(Ax2)、Wx(Ax3)、Wx(Ax4)、Wx(Ax5)、Wx(Ax6)、Wx(Ax7)、Wx(Ax8)，然后將慣性測量組合繞 X 軸分別以1° /秒、-1° /秒、3° /秒、-3° /秒、5° /秒、-5° /秒，共六種速率旋轉(zhuǎn)，后續(xù)將上述轉(zhuǎn)動過程依次簡稱為IfWxfWmWx+WmWd，每種速率旋轉(zhuǎn)時間為2分鐘，陀螺隨慣性測量組合轉(zhuǎn)動時輸出數(shù)據(jù)依次計為、w^, ,、、w^, , w^,, 、 I. 2)將慣性測量組合依次停留在Ayl、Ay2、Ay3、Ay4、Ay5、Ay6、Ay7、Ay8，共八個位置，每個位置停留2分鐘，記錄每個位置慣性測量組合加速度計通道的輸出數(shù)據(jù)，依次計為Ny(Ayl)、Ny(Ay2)、Ny(Ay3)、Ny(Ay4)、Ny(Ay5)、Ny(Ay6)、Ny(Ay7)、Ny(Ay8)， 同時記錄慣性測量組合陀螺通道的輸出數(shù)據(jù)，依次計為 Wy (Ayl)、Wy (Ay2)、Wy (Ay3)、Wy (Ay4)、Wy (Ay5)、Wy (Ay6)、(AyT)、(Ay8)， 然后將慣性測量組合繞I軸分別以1° /秒、-1° /秒、3° /秒、-3° /秒、5° /秒、-5° /秒，共六種速率旋轉(zhuǎn)，后續(xù)將上述轉(zhuǎn)動過程依次簡稱為，每種速率旋轉(zhuǎn)時間為^分鐘，陀螺隨慣性測量組合轉(zhuǎn)動時輸出數(shù)據(jù)依次計為^yl、W^,、、^wy, Ky5、^wy,. 、 I.3)將慣性測量組合依次停留在Azl、Az2、Az3、Az4、Az5、Az6、Az7、Az8，共八個位置，每個位置停留2分鐘，記錄每個位置慣性測量組合加速度計通道的輸出數(shù)據(jù)，依次計為Nz(Az1)、Nz(Az2)、Nz(Az3)、Nz(Az4)、Nz(Ayz5)、Nz (Az6)、^"z (Az7)、^"z (Az8)， 同時記錄慣性測量組合陀螺通道的輸出數(shù)據(jù)，依次計為 Wz(Azl)、Wz(Az2)、Wz(Az3)、Wz(Az4)、Wz(Az5)、Wz(Az6)、Wz(Az7)、Wz(Az8)，然后將慣性測量組合繞 Z 軸分別以1° /秒、-1° /秒、3° /秒、-3° /秒、5° /秒、-5° /秒，共六種速率旋轉(zhuǎn)，后續(xù)將上述轉(zhuǎn)動過程依次簡稱為，每種速率旋轉(zhuǎn)時間為2分鐘，陀螺隨慣性測量組合轉(zhuǎn)動時輸出數(shù)據(jù)依次計為、w^1、^wz3、^wz, Kz5、Kz.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的慣性測量組合溫度補償方法，其特征在于所述步驟2)中所述不同溫度設(shè)定值為 T+30°C、T+20°C、T+10°C、T°C、T-IO0C> T_20°C、T_25°C、T_30°C、T-35°C、T-4(TC。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的慣性測量組合溫度補償方法，其特征在于所述步驟3)具體為 、3. I)求出慣性測量組合在標(biāo)準(zhǔn)溫度T+m°C環(huán)境下，慣性敏感器件的實測溫度值為T(r+mrc，計算公式如下
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的慣性測量組合溫度補償方法，其特征在于所述步驟5)具體為 設(shè)定T+n°C為慣性敏感器件的實測溫度，T+n/C為高于且最接近T+n°C的標(biāo)準(zhǔn)溫度，T+n_°C為低于且最接近T+n°C的標(biāo)準(zhǔn)溫度； ·5. I)設(shè)定T7AxWJT+n)°C為慣性敏感器件的標(biāo)稱溫度，TAxWx(T+n+)°C為1 于且最接近T AxWx(T+nfC 的標(biāo)稱溫度，T為低于且最接近T"1 χυΓ+ιι!。。的標(biāo)稱溫度;T jUr+WC與T^Ur+iO。。之間的溫度差為ΔΤ，
全文摘要
本發(fā)明公開了一種慣性測量組合溫度補償方法，該方法將慣性測量組合安裝到溫控轉(zhuǎn)臺上，通過調(diào)整溫控轉(zhuǎn)臺使慣性測量組合處在不同溫度環(huán)境下，并使其從不同角度、以不同速度進行轉(zhuǎn)動，在此過程中記錄加速度計通道輸出數(shù)據(jù)、陀螺通道輸出數(shù)據(jù)和慣性測量組合各測試點實測溫度；將所有數(shù)據(jù)進行處理并建立慣性測量組合溫度特性數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)慣性測量組合溫度特性數(shù)學(xué)模型進行溫度補償。本發(fā)明操作簡單、適用性強，能實現(xiàn)慣性測量組合適應(yīng)不同工作溫度條件下短時間上電后的快速等精度輸出，為飛行器系統(tǒng)快速反應(yīng)，迅速運動和精確定位提供了重要的技術(shù)保障。
文檔編號G01C21/16GK102620733SQ201210085410
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月28日
發(fā)明者萬志江, 陸俊清, 高輝文 申請人:湖北航天技術(shù)研究院總體設(shè)計所