专利名称：惯性测量组合温度补偿方法
技术领域：
本发明属于惯性测量组合设计技术领域，具体涉及一种惯性测量组合温度补偿方法。
背景技术：
惯性测量组合是飞行器控制系统的核心部件，主要用于测量飞行器在飞行中绕弹体三个轴转动的角速率和质心沿弹体三个轴的视加速度。惯性测量组合的测量精度是直接影响飞行器定位精度的一个重要因素，另外，在不同环境温度下惯性测量组合能否满足短时间工作后等精度测量输出，将直接影响飞行器系统的快速反应和迅速运动。目前惯性测量组合通常采用温度控制方案进行设计，在惯性测量组合内设计温度控制电路，并采取内隔热与外传导措施，确保惯性敏感器件的温度控制在一个固定的温度点，从而降低外界温度对惯性敏感器件的影响，惯性测量组合温度控制方案的缺点是产品功耗大、体积大、输出精度稳定时间长。不同的惯性测量组合存在着性能差异，为了满足惯性测量组合短时间上电后的等精度测量输出，以适应飞行器系统快速反应、迅速运动和精确定位的要求，必须选择一种新的处理方式替代现有的惯性测量组合温度控制方案。目前在工程应用方面还没有可供使用的惯性测量组合温度补偿方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有惯性测量组合温度控制方案功耗大、体积大、输出精度稳定时间长，在实际操作过程中难以实现快速反应等问题，提出一种操作简便、适用性强、在实际操作过程中能快速反应的惯性测量组合温度补偿方法。为解决上述问题，本发明采用如下技术方案一种惯性测量组合温度补偿方法，包括以下步骤步骤I)将惯性测量组合放置在能实现升温、降温和保温功能的温控转台内，设定标准温度TC，当温控转台温箱内温度达到标准温度TC后，将惯性测量组合分别停留在以X轴、I轴、z轴为基准的二十四个位置上，记录每个位置惯性测量组合的实测温度值，加速度计通道和陀螺通道的输出数据；再将惯性测量组合分别绕X轴、y轴、z轴旋转，记录陀螺通道随惯性测量组合转动时的输出数据；步骤2)将温控转台温度升温或降温到温度设定值T+m°C后重复步骤I)；步骤3)将步骤I)和步骤2)处理过程中的记录的所有惯性测量组合数据信息进行处理，根据惯性测量组合在T+m°C温度下的实测温度值求出惯性敏感器件的温度值为
T(T+mrc，并根据惯性敏感器件的温度值fa+—。。，分别求出测温电路在T+m°C温度下的标
称值；根据惯性测量组合在二十四个位置时惯性测量组合输出的加速度矢量信息，分别求出加速度计在T+m°C温度下的零位，通过惯性测量组合在二十四个位置时输出的加速度矢量信息，分别求出加速度计在T+m°C温度下的当量；根据惯性测量组合在二十四个位置输出的角速率矢量信息，分别求出陀螺在T+m°C温度下的零位；根据惯性测量组合绕X轴、y轴和z轴旋转时陀螺通道的输出数据，计算陀螺在T+m°C温度下标度因数；步骤4)建立惯性测量组合温度特性数学模型，将步骤3)中所得数据进行近似等效，当相邻两个温度点接近时，将两个临近温度点之间惯性敏感器件的零位和当量变化近似等效为线性关系，并绘制以温度为X轴，零位或当量为y轴的惯性测量组合温度特性数学模型图； 步骤5)根据步骤4)所建立的惯性测量组合温度特性数学模型将惯性敏感器件的零位分别回归到标称温度TC下的零位，将惯性敏感器件的当量和标度因数也分别回归到标称温度TC下的当量和标度因数，最终使惯性器件的零位和当量变化与环境温度无关，完成温度补偿过程。有益效果本发明操作简单、适用性强，能实现惯性测量组合适应不同工作温度条件下短时间上电后的快速等精度输出，为飞行器系统快速反应，迅速运动和精确定位提供了重要的技术保障。
图I为惯性测量组合温度特性数学模型图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。在本说明书中所述惯性测量组合中起测量作用的器件为惯性敏感器件，惯性敏感器件包括加速度计和陀螺。本发明提供了一种惯性测量组合温度补偿方法，其方法是步骤I)通过实验记录惯性测量组合温度特性参数，具体为将惯性测量组合放置在能实现升温、降温和保温功能的温控转台内，设定标准温度TC，当温控转台温箱内温度达到标准温度TC后，将惯性测量组合分别停留在以X轴、y轴、z轴为基准的二十四个位置上，X轴、y轴、z轴为惯性敏感器件对应的三个定位方向，X轴、y轴、z轴相互正交且满足右手定则；所述以X轴、y轴、z轴为基准的二十四个位置分别为Axl位置定义为X轴向上，y轴向东，z轴向北；Ax2位置定义为X轴向上，y轴向北，z轴向西；Ax3位置定义为X轴向上，y轴向西，z轴向南；Ax4位置定义为X轴向上，y轴向南，z轴向东；Ax5位置定义为X轴向下，y轴向北，z轴向东；Ax6位置定义为X轴向下，y轴向西，z轴向北；Ax7位置定义为X轴向下，y轴向南，z轴向西；Ax8位置定义为X轴向下，y轴向东，z轴向南；Ayl位置定义为y轴向上，X轴向东，z轴向南；Ay2位置定义为y轴向上，x轴向南，z轴向西；Ay3位置定义为y轴向上，X轴向西，z轴向北；Ay4位置定义为y轴向上，X轴向北，z轴向东；Ay5位置定义为y轴向下，X轴向北，z轴向西；Ay6位置定义为y轴向下，X轴向东，z轴向北；Ay7位置定义为y轴向下，X轴向南，z轴向东；Ay8位置定义为y轴向下，X轴向西，z轴向南；Azl位置定义为z轴向上,y轴向东,X轴向南；Az2位置定义为z轴向上,y轴向南,x轴向西；Az3位置定义为z轴向上，y轴向西，X轴向北；Az4位置定义为z轴向上，y轴向北，X轴向东；Az5位置定义为z轴向下，y轴向北,X轴向西；Az6位置定义为z轴向下，y轴向东,X轴向北；Az7位置定义为z轴向下，y轴向南，X轴向东；Az8位置定义为z轴向下，y轴向西，X轴向南；I. I)将惯性测量组合依次停留在Axl、Ax2、Ax3> Ax4、Ax5、Ax6、Ax7、Ax8,共八个位置，每个位置停留2分钟，记录每个位置惯性测量组合加速度计通道的输出数据，依次计为Nx(Ax1)、
Nx (Ax2)、Nx (Αχ3)、Nx (Αχ4)、Nx (Αχ5)、(Αχ6)、(Αχ7)、Nx (Αχ8)， 同时记录惯性测量组合陀螺通道的输出数据，
依次计为 wx(Axl)、wx(Ax2)、wx(Ax3)、wx(Ax4)、wx(Ax5)、wx(Ax6)、wx(Ax7)、wx(Ax8)，然后将惯性测量组合绕 X 轴分别以1° /秒、-1° /秒、3° /秒、-3° /秒、5° /秒、-5° /秒，共六种速率旋转，后续将上述转动过程依次简称为=WxPWxYWj^WxIWx5Irf，每种速率旋转时间为2分钟，陀螺随惯性测量组合转动时输出数据依次计为、w^l , Kx3、^wx, , ^wx,.I. 2)将惯性测量组合依次停留在Ayl、Ay2, Ay3> Ay4, Ay5, Ay6, Ay7, Ay8,共八个位置，每个位置停留2分钟，记录每个位置惯性测量组合加速度计通道的输出数据，依次计为Ny(Ayl)、
Ny (Ay2)、Ny (Ay3)、Ny (Ay4)、Ny (Ay5)、Ny (Ay6)、Ny (Ay7)、Ny (Ay8) 同时记录惯性测量组合陀螺通道的输出数据，
依次计为
Wy (Ayl)、Wy (Ay2)、Wy (Ay3)、Wy (Ay4)、Wy (Ay5)、(Ay6)、(AyT)、(Ay8)， 然后将惯性测量组合绕I轴
分别以1° /秒、-1° /秒、3° /秒、-3° /秒、5° /秒、-5° /秒，共六种速率旋转，后续将上述转动过程依次简称为，每种速率旋转时间为2分钟，陀螺随惯性测量组合转动时输出数据依次计为^yl、^wyj、Ky3、Ky.3 Ky5、^wy,.I. 3)将惯性测量组合依次停留在Azl、Az2、Az3> Az4、Az5、Az6、Az7、Az8,共八个位置，每个位置停留2分钟，记录每个位置惯性测量组合加速度计通道的输出数据，依次计为Nz(Az1)、
Nz(Az2)、Nz (Az3)、Nz(Az4)、Nz(AyzS)、(Az6)、^"z (Az7)、Nz(Az8)， 同时记录惯性测量组合陀螺通道的输出数
据，依次计为 Wz(Azl)、ffz(Az2)、wz(Az3)、ffz(Az4)、WZ(AZ5)、Wz(Az6)、ffz(Az7)、ffz(Az8)，然后将惯性测量组合绕Z轴分别以1° /秒、-1° /秒、3° /秒、-3° /秒、5° /秒、-5° /秒，共六种速率旋转，后续将上述转动过程依次简称为=WzPWzYWdzIWz5Irf，每种速率旋转时间为2分钟，陀螺随惯性测量组合转动时输出数据依次计为^zl、w^1、、^wz, Kz5、Kz.5。步骤2)将温控转台温度升温或降温到温度设定值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 时后重复步骤 I. I)、I. 2),1. 3)步骤3)通过计算求出建立惯性测量组合需要的各项数据，具体为3. I)求出惯性测量组合在标准温度T+m°C环境下，惯性敏感器件的实测温度值为
T(r+mrc，计算公式如下
权利要求
1.一种惯性测量组合温度补偿方法，包括以下步骤 步骤I)将惯性测量组合放置在能实现升温、降温和保温功能的温控转台内，设定标准温度TC，当温控转台温箱内温度达到标准温度TC后，将惯性测量组合分别停留在以X轴、y轴、z轴为基准的二十四个位置上，记录每个位置惯性测量组合的实测温度值，加速度计通道和陀螺通道的输出数据；再将惯性测量组合分别绕X轴、y轴、z轴旋转，记录陀螺通道随惯性测量组合转动时的输出数据； 步骤2)将温控转台温度升温或降温到温度设定值T+m°C后重复步骤I)； 步骤3)将步骤I)和步骤2)处理过程中记录的所有惯性测量组合数据信息及温度信息进行处理，根据惯性测量组合在T+m°C温度下的实测温度值求出惯性敏感器件的温度值为J\T+mrc ’并根据惯性敏感器件的温度值fa+—。。，分别求出测温电路在T+m°C温度下的标称值；根据惯性测量组合在二十四个位置时惯性测量组合输出的加速度矢量信息，分别求出加速度计在T+m°C温度下的零位和当量；根据惯性测量组合在二十四个位置时输出的角速率矢量信息，分别求出陀螺在T+m°C温度下的零位；根据惯性测量组合绕X轴、y轴和z轴旋转时陀螺通道输出的角速率矢量信息，计算陀螺在T+m°C温度下标度因数； 步骤4)建立惯性测量组合温度特性数学模型将步骤3)中所得数据进行近似等效，当相邻两个温度点接近时，将两个临近温度点之间惯性敏感器件的零位和当量变化近似等效为线性关系，并绘制以温度为X轴，零位、当量或标度因数为y轴的惯性测量组合温度特性数学模型图； 步骤5)根据步骤4)所建立的惯性测量组合温度特性数学模型将惯性敏感器件的零位分别回归到标准温度TC下的零位，将惯性敏感器件的当量或标度因数也分别回归到标准温度TC下的当量或标度因数，最终使惯性器件的零位、当量或标度因数变化与环境温度无关，完成温度补偿过程。
2.根据权利要求I所述的惯性测量组合温度补偿方法，其特征在于所述步骤I)中所述X轴、y轴、z轴为惯性敏感器件对应的三个定位方向，X轴、y轴、z轴相互正交且满足右手定则；所述以X轴、y轴、z轴为基准的二十四个位置分别为Axl位置定义为X轴向上，y轴向东，z轴向北；Ax2位置定义为X轴向上，y轴向北，z轴向西；Ax3位置定义为X轴向上，y轴向西，z轴向南；Ax4位置定义为X轴向上，y轴向南，z轴向东；Ax5位置定义为X轴向下，y轴向北，z轴向东；Ax6位置定义为X轴向下，y轴向西，z轴向北；Ax7位置定义为X轴向下，y轴向南，z轴向西；Ax8位置定义为X轴向下，y轴向东，z轴向南；Ayl位置定义为y轴向上，X轴向东，z轴向南；Ay2位置定义为y轴向上，X轴向南，z轴向西；Ay3位置定义为y轴向上，x轴向西，z轴向北；Ay4位置定义为y轴向上，X轴向北，z轴向东；Ay5位置定义为y轴向下，X轴向北，z轴向西；Ay6位置定义为y轴向下，X轴向东，z轴向北；Ay7位置定义为y轴向下，X轴向南，z轴向东；Ay8位置定义为y轴向下，X轴向西，z轴向南；Azl位置定义为z轴向上,y轴向东，X轴向南；Az2位置定义为z轴向上,y轴向南,X轴向西；Az3位置定义为z轴向上,y轴向西，X轴向北；Az4位置定义为z轴向上，y轴向北，X轴向东；Az5位置定义为z轴向下，y轴向北，X轴向西；Az6位置定义为z轴向下，y轴向东，X轴向北；Az7位置定义为z轴向下，y轴向南，X轴向东；Az8位置定义为z轴向下，y轴向西，X轴向南。
3.根据权利要求I或2所述的惯性测量组合温度补偿方法，其特征在于所述步骤I)具体为 、 I. I)将惯性测量组合依次停留在ax1、ax2、ax3、ax4、ax5、ax6、ax7、ax8，共八个位置，每个位置停留2分钟，记录每个位置惯性测量组合加速度计通道的输出数据，依次计为Nx(Ax1)、Nx(Ax2)、Νχ(Αχ3)、Νχ(Αχ4)、Νχ(Αχ5)、Νχ(Αχ6)、(Αχ7)、(Αχ8)， 同时记录惯性测量组合陀螺通道的输出数据，依次计为 Wx(Axl)、Wx(Ax2)、Wx(Ax3)、Wx(Ax4)、Wx(Ax5)、Wx(Ax6)、Wx(Ax7)、Wx(Ax8)，然后将惯性测量组合绕 X 轴分别以1° /秒、-1° /秒、3° /秒、-3° /秒、5° /秒、-5° /秒，共六种速率旋转，后续将上述转动过程依次简称为IfWxfWmWx+WmWd，每种速率旋转时间为2分钟，陀螺随惯性测量组合转动时输出数据依次计为、w^, ,、、w^, , w^,, 、 I. 2)将惯性测量组合依次停留在Ayl、Ay2、Ay3、Ay4、Ay5、Ay6、Ay7、Ay8，共八个位置，每个位置停留2分钟，记录每个位置惯性测量组合加速度计通道的输出数据，依次计为Ny(Ayl)、Ny(Ay2)、Ny(Ay3)、Ny(Ay4)、Ny(Ay5)、Ny(Ay6)、Ny(Ay7)、Ny(Ay8)， 同时记录惯性测量组合陀螺通道的输出数据，依次计为 Wy (Ayl)、Wy (Ay2)、Wy (Ay3)、Wy (Ay4)、Wy (Ay5)、Wy (Ay6)、(AyT)、(Ay8)， 然后将惯性测量组合绕I轴分别以1° /秒、-1° /秒、3° /秒、-3° /秒、5° /秒、-5° /秒，共六种速率旋转，后续将上述转动过程依次简称为，每种速率旋转时间为^分钟，陀螺随惯性测量组合转动时输出数据依次计为^yl、W^,、、^wy, Ky5、^wy,. 、 I.3)将惯性测量组合依次停留在Azl、Az2、Az3、Az4、Az5、Az6、Az7、Az8，共八个位置，每个位置停留2分钟，记录每个位置惯性测量组合加速度计通道的输出数据，依次计为Nz(Az1)、Nz(Az2)、Nz(Az3)、Nz(Az4)、Nz(Ayz5)、Nz (Az6)、^"z (Az7)、^"z (Az8)， 同时记录惯性测量组合陀螺通道的输出数据，依次计为 Wz(Azl)、Wz(Az2)、Wz(Az3)、Wz(Az4)、Wz(Az5)、Wz(Az6)、Wz(Az7)、Wz(Az8)，然后将惯性测量组合绕 Z 轴分别以1° /秒、-1° /秒、3° /秒、-3° /秒、5° /秒、-5° /秒，共六种速率旋转，后续将上述转动过程依次简称为，每种速率旋转时间为2分钟，陀螺随惯性测量组合转动时输出数据依次计为、w^1、^wz3、^wz, Kz5、Kz.5。
4.根据权利要求I所述的惯性测量组合温度补偿方法，其特征在于所述步骤2)中所述不同温度设定值为 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.根据权利要求I所述的惯性测量组合温度补偿方法，其特征在于所述步骤3)具体为 、3. I)求出惯性测量组合在标准温度T+m°C环境下，惯性敏感器件的实测温度值为T(r+mrc，计算公式如下
6.根据权利要求I所述的惯性测量组合温度补偿方法，其特征在于所述步骤5)具体为 设定T+n°C为惯性敏感器件的实测温度，T+n/C为高于且最接近T+n°C的标准温度，T+n_°C为低于且最接近T+n°C的标准温度； ·5. I)设定T7AxWJT+n)°C为惯性敏感器件的标称温度，TAxWx(T+n+)°C为1 于且最接近T AxWx(T+nfC 的标称温度，T为低于且最接近T"1 χυΓ+ιι!。。的标称温度;T jUr+WC与T^Ur+iO。。之间的温度差为ΔΤ，
全文摘要
本发明公开了一种惯性测量组合温度补偿方法，该方法将惯性测量组合安装到温控转台上，通过调整温控转台使惯性测量组合处在不同温度环境下，并使其从不同角度、以不同速度进行转动，在此过程中记录加速度计通道输出数据、陀螺通道输出数据和惯性测量组合各测试点实测温度；将所有数据进行处理并建立惯性测量组合温度特性数学模型，并根据惯性测量组合温度特性数学模型进行温度补偿。本发明操作简单、适用性强，能实现惯性测量组合适应不同工作温度条件下短时间上电后的快速等精度输出，为飞行器系统快速反应，迅速运动和精确定位提供了重要的技术保障。
文档编号G01C21/16GK102620733SQ201210085410
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月28日 优先权日2012年3月28日
发明者万志江, 陆俊清, 高辉文 申请人:湖北航天技术研究院总体设计所
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