本發(fā)明屬于慣性測量單元標(biāo)定領(lǐng)域，具體涉及一種基于陣列式imu的加速度計桿臂誤差補償方法。

背景技術(shù)：

1、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)由于其完全自主、不依賴外部信息、不受外界干擾的特點，在國防和國民經(jīng)濟中起到了重要的作用。陀螺儀是慣性導(dǎo)航的核心部件，陀螺儀的性能是決定慣性導(dǎo)航系統(tǒng)性能的主要因素。隨著20世紀90年代基于微電子機械系統(tǒng)技術(shù)的進步與完善，該技術(shù)被逐步應(yīng)用到慣性領(lǐng)域，如mems陀螺儀。mems陀螺儀具有占用空間小、質(zhì)量輕，易于集成，高可靠度制造成本低的特點，但存在檢測精度低的缺陷。

2、提升mems陀螺儀的制造加工工藝難度較大，成本也較高，因此科研人員在努力提高mems陀螺器件本身性能的同時，也在陀螺儀后端數(shù)據(jù)的處理上做了大量工作，而memsimu陣列技術(shù)就是在此背景下興起的一項技術(shù)。memsimu陣列又叫虛擬陀螺，是指使用多個精度較低的mems陀螺儀集成到一塊電路板上組成陣列，對同一目標(biāo)進行檢測，采集多個傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)融合處理，輸出一組高精度與高可信度的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對運動目標(biāo)的精密檢測，該方案因成本低廉、易于實現(xiàn)而被廣泛應(yīng)用。例如，公開號為cn118410455a的專利提出了一種陣列式冗余imu信息融合的方法和裝置，公開號為cn117191086a的專利公開了一種用于imu陣列的低復(fù)雜度自校準(zhǔn)方法，公開號為cn116680534a的專利提出了imu陣列數(shù)據(jù)處理方法、裝置、電子設(shè)備以及存儲介質(zhì)。

3、然而由于集成在memsimu陣列上的每一個mems陀螺儀的安裝位置都不一樣，且與pcb板中心點不相重合，當(dāng)pcb板在旋轉(zhuǎn)的時候，每個mems陀螺儀所敏感到的加速度計桿臂誤差都不相同，這會使得數(shù)據(jù)融合后的檢測效果大大降低。因此，開展對memsimu陣列的加速度計桿臂誤差補償研究是至關(guān)重要的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于陣列式imu的加速度計桿臂誤差補償方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于陣列式imu的加速度計桿臂誤差補償方法，包括如下步驟：

3、s1、測量memsimu陣列上各個陀螺儀相對于pcb板中心點的桿臂長度；

4、s2、根據(jù)各個陀螺儀的角速度和桿臂長度，計算各個加速度計x,y,z三軸所敏感到的向心加速度和切向加速度桿臂誤差大??；

5、s3、將memsimu陣列劃分為四個象限，分析各個象限內(nèi)的加速度計x,y,z三軸所敏感到的向心加速度和切向加速度桿臂誤差方向；

6、s4、根據(jù)桿臂誤差大小和桿臂誤差方向，將各個象限內(nèi)加速度計所敏感到的向心加速度和切向加速度桿臂誤差進行合并整理，得到總的加速度桿臂誤差；

7、s5、在memsimu陣列的輸出加速度中補償總的加速度桿臂誤差。

8、優(yōu)選地，步驟s1中，測量memsimu陣列上各個陀螺儀相對于pcb板中心點的桿臂長度，具體過程如下：

9、定義陀螺儀的中心點到pcb板縱軸的距離為橫向桿臂長度x，陀螺儀的中心點到pcb板橫軸的距離為縱向桿臂長度y，陀螺儀的中心點到pcb板橫軸和縱軸組成的平面的距離為天向桿臂長度z；

10、分別測量memsimu陣列上各個陀螺儀的橫向桿臂長度x1,x2,...,xn和縱向桿臂長度y1,y2,...,yn；由于pcb板是二維平面板，因此天向桿臂長度z為0。

11、優(yōu)選地，步驟s2中，根據(jù)各個陀螺儀的角速度和桿臂長度，計算各個加速度計x,y,z三軸所敏感到的向心加速度和切向加速度桿臂誤差大小，具體過程如下：

12、當(dāng)memsimu陣列繞z軸旋轉(zhuǎn)時，加速度計敏感到的向心加速度和切向加速度桿臂誤差大小分別為：

13、a向＝ωz2r；

14、

15、其中，a向為加速度計敏感到的向心加速度桿臂誤差，a切為加速度計敏感到的切向加速度桿臂誤差，ωz為陀螺儀z軸角速度，為陀螺儀z軸角加速度，r為陀螺儀相對于pcb板中心點的桿臂長度；

16、將加速度計敏感到的向心加速度和切向加速度桿臂誤差分解到x軸和y軸上，則加速度計x軸和y軸敏感到的向心加速度和切向加速度桿臂誤差大小分別為：

17、a向x＝a向·cosθ＝ωz2r·cosθ＝ωz2x；

18、a向y＝a向·sinθ＝ωz2r·sinθ＝ωz2y；

19、

20、

21、其中，a向x為加速度計x軸敏感到的向心加速度桿臂誤差，a向y為加速度計y軸敏感到的向心加速度桿臂誤差，a切x為加速度計x軸敏感到的切向加速度桿臂誤差，a切y為加速度計y軸敏感到的切向加速度桿臂誤差；

22、當(dāng)memsimu陣列繞x軸旋轉(zhuǎn)時，只有y軸能夠敏感到向心加速度，只有z軸能夠敏感到切向加速度，此時加速度計敏感到的向心加速度和切向加速度桿臂誤差大小為：

23、a向＝a向y＝ωx2y；

24、

25、其中，a向y為加速度計y軸敏感到的向心加速度桿臂誤差，a切z為加速度計z軸敏感到的切向加速度桿臂誤差，ωx為陀螺儀x軸角速度，為陀螺儀x軸角加速度；

26、當(dāng)memsimu陣列繞y軸旋轉(zhuǎn)時，只有x軸能夠敏感到向心加速度，只有z軸能夠敏感到切向加速度，此時加速度計敏感到的向心加速度和切向加速度桿臂誤差大小為：

27、a向＝a向x＝ωy2x；

28、

29、其中，a向x為加速度計x軸敏感到的向心加速度桿臂誤差，a切z為加速度計z軸敏感到的切向加速度桿臂誤差，ωy為陀螺儀y軸角速度，為陀螺儀y軸角加速度。

30、優(yōu)選地，步驟s3中，將memsimu陣列劃分為四個象限，分析各個象限內(nèi)的加速度計x,y,z三軸所敏感到的向心加速度和切向加速度桿臂誤差方向，具體過程如下：

31、將memsimu陣列劃分為四個象限，memsimu陣列安裝在pcb板時，memsimu陣列中心點與pcb板中心點重合，memsimu陣列x軸與pcb板x軸方向一致，memsimu陣列y軸與pcb板y軸方向一致，memsimu陣列z軸方向為垂直pcb板向外；當(dāng)pcb板及其上的memsimu陣列在旋轉(zhuǎn)時，不同象限內(nèi)的加速度計x,y,z三軸感受到的向心加速度和切向加速度桿臂誤差方向不同；

32、在第一象限中，當(dāng)memsimu陣列繞z軸旋轉(zhuǎn)時，各個陀螺儀產(chǎn)生的向心加速度在橫軸上的分量方向與對應(yīng)加速度計x軸方向相同，為正值，各個陀螺儀產(chǎn)生的向心加速度在縱軸上的分量方向與對應(yīng)加速度計y軸方向相反，為負值，各個陀螺儀產(chǎn)生的切向加速度在橫軸和縱軸上的分量方向分別與對應(yīng)加速度計x軸和y軸方向相反，均為負值；當(dāng)memsimu陣列繞x軸旋轉(zhuǎn)時，各個陀螺儀產(chǎn)生的向心加速度與對應(yīng)加速度計y軸方向相反，為負值，各個陀螺儀產(chǎn)生的切向加速度與對應(yīng)加速度計z軸方向相同，為正值；當(dāng)memsimu陣列繞y軸旋轉(zhuǎn)時，各個陀螺儀產(chǎn)生的向心加速度與對應(yīng)加速度計x軸方向相同，為正值，各個陀螺儀產(chǎn)生的切向加速度與對應(yīng)加速度計z軸方向相同，為正值；

33、在第二象限中，當(dāng)memsimu陣列繞z軸旋轉(zhuǎn)時，各個陀螺儀產(chǎn)生的向心加速度在橫軸和縱軸上的分量方向分別與對應(yīng)加速度計x軸和y軸方向相反，均為負值，各個陀螺儀產(chǎn)生的切向加速度在橫軸上的分量方向與對應(yīng)加速度計x軸方向相反，為負值，各個陀螺儀產(chǎn)生的切向加速度在縱軸上的分量方向與對應(yīng)加速度計y軸方向相同，為正值；當(dāng)memsimu陣列繞x軸旋轉(zhuǎn)時，各個陀螺儀產(chǎn)生的向心加速度與對應(yīng)加速度計y軸方向相反，為負值，各個陀螺儀產(chǎn)生的切向加速度與對應(yīng)加速度計z軸方向相同，為正值；當(dāng)memsimu陣列繞y軸旋轉(zhuǎn)時，各個陀螺儀產(chǎn)生的向心加速度與對應(yīng)加速度計x軸方向相反，為負值，各個陀螺儀產(chǎn)生的切向加速度與對應(yīng)加速度計z軸方向相反，為負值；

34、在第三象限中，當(dāng)memsimu陣列繞z軸旋轉(zhuǎn)時，各個陀螺儀產(chǎn)生的向心加速度在橫軸和縱軸上的分量方向分別與對應(yīng)加速度計x軸和y軸方向相同，均為正值，各個陀螺儀產(chǎn)生的切向加速度在橫軸上的分量方向與對應(yīng)加速度計x軸方向相同，為正值，各個陀螺儀產(chǎn)生的切向加速度在縱軸上的分量方向與對應(yīng)加速度計y軸方向相反，為負值；當(dāng)memsimu陣列繞x軸旋轉(zhuǎn)時，各個陀螺儀產(chǎn)生的向心加速度與對應(yīng)加速度計y軸方向相同，為正值，各個陀螺儀產(chǎn)生的切向加速度與對應(yīng)加速度計z軸方向相反，為負值；當(dāng)memsimu陣列繞y軸旋轉(zhuǎn)時，各個陀螺儀產(chǎn)生的向心加速度與對應(yīng)加速度計x軸方向相同，為正值，各個陀螺儀產(chǎn)生的切向加速度與對應(yīng)加速度計z軸方向相同，為正值；

35、在第四象限中，當(dāng)memsimu陣列繞z軸旋轉(zhuǎn)時，各個陀螺儀產(chǎn)生的向心加速度在橫軸上的分量方向與對應(yīng)加速度計x軸方向相反，為負值，各個陀螺儀產(chǎn)生的向心加速度在縱軸上的分量方向與對應(yīng)加速度計y軸方向相同，為正值，各個陀螺儀產(chǎn)生的切向加速度在橫軸和縱軸上的分量方向分別與對應(yīng)加速度計x軸和y軸方向相同，均為正值；當(dāng)memsimu陣列繞x軸旋轉(zhuǎn)時，各個陀螺儀產(chǎn)生的向心加速度與對應(yīng)加速度計y軸方向相同，為正值，各個陀螺儀產(chǎn)生的切向加速度與對應(yīng)加速度計z軸方向相反，為負值；當(dāng)memsimu陣列繞y軸旋轉(zhuǎn)時，各個陀螺儀產(chǎn)生的向心加速度與對應(yīng)加速度計x軸方向相反，為負值，各個陀螺儀產(chǎn)生的切向加速度與對應(yīng)加速度計z軸方向相反，為負值。

36、優(yōu)選地，步驟s4中，根據(jù)桿臂誤差大小和桿臂誤差方向，將各個象限內(nèi)加速度計所敏感到的向心加速度和切向加速度桿臂誤差進行合并整理，得到總的加速度桿臂誤差，具體過程如下：

37、根據(jù)各個加速度計x,y,z三軸所敏感到的向心加速度和切向加速度桿臂誤差大小和方向，列出memsimu陣列分別繞z,x,y三軸旋轉(zhuǎn)時，各個象限內(nèi)的加速度計z,x,y三軸所敏感到的加速度桿臂誤差的具體表達式；

38、當(dāng)memsimu陣列繞著z軸旋轉(zhuǎn)時：

39、第一象限：

40、

41、第二象限：

42、

43、第三象限：

44、

45、第四象限：

46、

47、當(dāng)memsimu陣列繞著x軸旋轉(zhuǎn)時：

48、第一象限：

49、

50、第二象限：

51、

52、第三象限：

53、

54、第四象限：

55、

56、當(dāng)memsimu陣列繞著y軸旋轉(zhuǎn)時：

57、第一象限：

58、

59、第二象限：

60、

61、第三象限：

62、

63、第四象限：

64、

65、分別對四個象限進行合并，得到各個象限中的加速度計x,y,z三軸總的加速度桿臂誤差為：

66、第一象限：

67、

68、第二象限：

69、

70、第三象限：

71、

72、第四象限：

73、

74、其中，ax,ay,az為加速度計x,y,z三軸敏感到的桿臂誤差，x,y分別為陀螺儀的橫向桿臂長度和縱向桿臂長度，ωx,ωy,ωz分別為陀螺儀x,y,z三軸角速度，分別為陀螺儀x,y,z三軸角加速度。

75、優(yōu)選地，步驟s5中，在memsimu陣列的輸出加速度中補償總的加速度桿臂誤差，具體過程如下：

76、根據(jù)總的加速度桿臂誤差，對memsimu陣列的輸出加速度進行補償處理，得到pcb板中心點的真實加速度。

77、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明通過測量出memsimu陣列上各個陀螺儀相對于pcb板中心點的桿臂長度，然后根據(jù)各個陀螺儀的角速度和桿臂長度，計算各個加速度計x,y,z三軸所敏感到的向心加速度和切向加速度桿臂誤差大小，并將memsimu陣列劃分為四個象限，分析各個象限內(nèi)的加速度計x,y,z三軸所敏感到的向心加速度和切向加速度桿臂誤差方向，最后根據(jù)桿臂誤差大小和桿臂誤差方向，將各個象限內(nèi)加速度計所敏感到的向心加速度和切向加速度桿臂誤差進行合并整理，得到總的加速度桿臂誤差，并在memsimu陣列的輸出加速度中進行補償，從而得到pcb板中心點的真實加速度。本發(fā)明有效補償了memsimu陣列的加速度計桿臂誤差，提高了memsimu陣列數(shù)據(jù)融合后的檢測效果。