实用的MEMS惯性器件外场标定方法.docx

实用的 MEMS 惯性器件外场标定方法*任建新，杜亚宁，杨星辉，赵兴梅( 西北工业大学 自动化学院，陕西 西安 710072)摘 要: 在实际工程应用中，当不具备高精度实验室标定设备时，研究简易可行的 MEMS 惯性器件外场标定算法非常有必要。在分析 MEMS 惯性器件误差模型的基础上，提出一种基于椭球模值约束算法的外场 标定方法，通过设计合理的实验编排方案和有效的求解算法来实现对误差模型参数的估计。对比实验结 实用的 MEMS 惯性器件外场标定方法* 任建新，杜亚宁，杨星辉，赵兴梅 ( 西北工业大学 自动化学院，陕西 西安 710072) 摘 要: 在实际工程应用中，当不具备高精度实验室标定设备时，研究简易可行的 MEMS 惯性器件外场标 定算法非常有必要。在分析 MEMS 惯性器件误差模型的基础上，提出一种基于椭球模值约束算法的外场 标定方法，通过设计合理的实验编排方案和有效的求解算法来实现对误差模型参数的估计。对比实验结 果表明: 所提出的标定方法简易可行，其误差系数在合理的误差范围内，从而证明了该外场标定方法的有 效性。 关键词: MEMS 惯性器件; 外场标定; 误差模型; 椭球模值约束 中图分类号: U 666． 1 文献标识码: A 文章编号: 1000—9787( 2014) 06—0027—04 Outfield calibration method for practical MEMS inertial device* ＲEN Jian-xin，DU Ya-ning，YANG Xing-hui，ZHAO Xing-mei ( College of Automation，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China) Abstract: In practical engineering application，when lack of high precision laboratory calibration device，it is very necessary to study simple and available outfield calibration algorithm for MEMS inertial device． On the basis of analysis on error model of MEMS inertial device，propose an outfield calibration method that based on algorithm of ellipsoid model value constraint，and through designing reasonable experimental layout scheme and effective algorithm to realize estimation of error model parameters． By comparing experimental results，it shows that the proposed calibration method is available，and error coefficient within reasonable range of error，which proves validity of this method． Key words: MEMS inertial device; outfield calibration; error model; ellipsoid model value constraint 0 引 言 MEMS 惯性器件在成本、体积、可靠性等方面具有显著 优势，但是其发展却受到精度的制约［1］，由于输出中 总是 包含着各种误差项，因此，有必要对它的主要误差系数进行 标定。然而，与传统的高精度惯性传感器相比，低 精度的 MEMS 惯性器件有其特殊性，主要表现在零偏重复性和稳 定性较差［2］; 其次，在实际的工程应用中，很少有条件提供 高精度的实验室标定设备［3］，因此，设计一种 针对 MEMS 惯性器件的简易可行的外场标定方法非常有必要。 本文从分析基于 ADIS16405 型号的 MEMS 惯性测量 单元的误差模型出发［4］，结合基于椭球模值约束的外场标 定算法，分别设计了针对 MEMS 加速度计和 MEMS 陀螺仪 的实验编排方案，最后对比实际外场标定与实验室标定结 果，证明了该标定方法的可行性。 差主要分为零位误差、刻度系数误差和非正交误差。 1) 零位误差 m0 是由于传感器在零输