MEMS惯性传感器非线性度补偿方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201410578583.6	申请日：	2014.10.24
公开号：	CN104330105A	公开日：	2015.02.04
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	专利权的转移IPC(主分类):G01D 21/00登记生效日:20180813变更事项:专利权人变更前权利人:中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心变更后权利人:华东光电集成器件研究所变更事项:地址变更前权利人:215163 江苏省苏州市高新区龙山路89号变更后权利人:233030 安徽省蚌埠市汤和路2016号\|\|\|授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):G01D 21/00申请日:20141024\|\|\|公开
IPC分类号：	G01D21/00	主分类号：	G01D21/00
申请人：	中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心
发明人：	董冀; 鞠莉娜; 周芳
地址：	215163江苏省苏州市高新区龙山路89号
优先权：
专利代理机构：	苏州创元专利商标事务所有限公司32103	代理人：	孙仿卫; 项丽
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内容摘要

本发明涉及一种MEMS惯性传感器非线性度补偿方法，为：建立MEMS惯性传感器的理想输出值与实际输出值的多项式函数关系式，多项式函数关系式中包含有非线性项；通过多项式拟合获得多项式函数关系式中的各个非线性项的系数并带入多项式函数关系式中得到非线性补偿式；通过非线性补偿式对MEMS惯性传感器的实际输出值进行非线性补偿而获得其理想输出值。本发明通过简单的多项式拟合即可对MEMS惯性传感器进行非线性度补偿，其简单可行，便于在MIMU或Micro-INS系统中通过编程实现。

权利要求书

权利要求书
1. 一种MEMS惯性传感器非线性度补偿方法，其特征在于：该方法为：建立MEMS惯性传感器的理想输出值与实际输出值的多项式函数关系式，所述的多项式函数关系式中包含有非线性项；通过多项式拟合获得所述的多项式函数关系式中的各个非线性项的系数并带入所述的多项式函数关系式中得到非线性补偿式；通过所述的非线性补偿式对所述的MEMS惯性传感器的实际输出值进行非线性补偿而获得其理想输出值。

2. 根据权利要求1所述的MEMS惯性传感器非线性度补偿方法，其特征在于：所述的MEMS惯性传感器的理想输出值与实际输出值的多项式函数关系式为
Yk=KnY^kn+Kn-1Y^kn-1+......+K1Y^k1+K0Y^k0K-1Y^k-1+......+K-(n-1)Y^k-(n-1)+K-nY^k-n,]]>
其中，Kn、Kn-1、……、K1、K0、K-1、……、K-(n-1)、K-n为非线性项的系数。

说明书

说明书MEMS惯性传感器非线性度补偿方法
技术领域
本发明涉及一种对MEMS惯性传感器进行非线性度补偿方法。
背景技术
现有的对MEMS惯性传感器进行非线性度补偿方法通常有如下几种：1、如论文《运用神经网络代数算法的陀螺仪非线性误差补偿》，其通过神经网络的方法实现非线性补偿；2、如申请号为200710070395.2的发明专利《一种补偿数字闭环光纤陀螺标度因数非线性度的方法》，其是通过补偿电光集成相位调制器电光调制系数非线性的方法补偿非线性度；3、如申请号为200910078269.0的发明专利《一种改善光纤陀螺低角速率下标度因数非线性方法》，其采用加大光源输入的驱动电流，提高到达探测器的光功率，增强Sagnec相位差信号，实现提高非线性的目的。上述这几种方法较为复杂，不易通过编程实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种较为简单且易于通过编程实现的MEMS惯性传感器非线性度补偿方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种MEMS惯性传感器非线性度补偿方法，为：建立MEMS惯性传感器的理想输出值与实际输出值的多项式函数关系式，所述的多项式函数关系式中包含有非线性项；通过多项式拟合获得所述的多项式函数关系式中的各个非线性项的系数并带入所述的多项式函数关系式中得到非线性补偿式；通过所述的非线性补偿式对所述的MEMS惯性传感器的实际输出值进行非线性补偿而获得其理想输出值。
所述的MEMS惯性传感器的理想输出值与实际输出值的多项式函数关系式为
Yk=KnY^kn+Kn-1Y^kn-1+......+K1Y^k1+K0Y^k0+K-1Y^k-1+......+K-(n-1)Y^k-(n-1)+K-nY^k-n,]]>
其中，Kn、Kn-1、……、K1、K0、K-1、……、K-(n-1)、K-n为非线性项的系数。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明通过简单的多项式拟合即可对MEMS惯性传感器进行非线性度补偿，其简单可行，便于在MIMU或Micro-INS系统中通过编程实现。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：本方法主要针对MEMS惯性传感器的非线性度，通过拟合的方法补偿MEMS惯性传感器的非线性误差，达到减小MEMS惯性传感器非线性度的目的，这种新的非线性补偿方法的实验和计算简单，便于在MIMU或Micro-INS系统中通过编程实现。
按照MEMS惯性传感器标度因数的测试方法，记录在不同输入情况下的输出值，每个输入值至少循环测试5次，保证并验证在相同输入情况下输出的重复性，若相同输入情况下输出的重复性较好，说明该MEMS惯性传感器可进行非线性补偿。然后，将相同输入时的输出值相加取平均值，该平均值可以认为是该输入时对应的输出，按照该方法计算出所有输入对应的输出值。
参照MEMS惯性传感器标度因数拟合的方法，利用输入值和输出值，可以拟合出一条直线，拟合直线的斜率为标度因数，截距为零偏。该拟合直线是理想情况下，即非线性度为0时的输入和输出的关系。
理想情况下(非线性度为0)输入和输出的表达式如下：
Yk＝SF×Xk+Bias (1)
上式中：Xk为MEMS惯性传感器的第k个输入，Yk为非线性度为0时的MEMS惯性传感器的理想输出，SF为MEMS惯性传感器的标度因数，Bias为MEMS惯性传感器的零偏。
实际情况下，MEMS惯性传感器存在非线性误差，因此，输入和输出的关系不可能是公式(1)所表达的完全线性的关系。为了减小MEMS惯性传感器的非线性度，可以找到实际的输出值和理想输出值Yk之间函数关系式，从而达到非线性度补偿的目的。具体的方法如下和原理如下：
1、建立MEMS惯性传感器的理想输出值与实际输出值的多项式函数关系式，多项式函数关系式中包含有非线性项。
若在非线性度为0的理想情况下，和Yk应该是相等的；由于MEMS惯性传感器的非线性误差的存在，导致了和Yk之间的关系就不是完全的相等或者是线性关系，也就是和Yk之间的函数关系存在非线性项；因此，和Yk的函数关系式可以按如下公式表达：
Yk=KnY^kn+Kn-1Y^kn-1+......+K1Y^k1+K0Y^k0+K-1Y^k-1+......+K-(n-1)Y^k-(n-1)+K-nY^k-n---(2)]]>
上式中，Kn、Kn-1、……、K1、K0、K-1、……、K-(n-1)、K-n为非线性项的系数。
2、通过多项式拟合获得多项式函数关系式中的各个非线性项的系数并带入多项式函数关系式中得到非线性补偿式。
通过多项式拟合，可以拟合出公式(2)中的所有非线性项的系数，用拟合出的非线性项的系数带入公式(2)，就可以得到用于进行非线性补偿的非线性补偿式。
3、通过非线性补偿式对MEMS惯性传感器的实际输出值进行非线性补偿而获得其理想输出值
通过带入非线性项的系数的公式(2)，可以计算出拟合后的输出值。由于拟合后计算出的输出值非常接近理想输出值Yk，从而起到了非线性度补偿的目的。
在具体的使用中，非线性项系数的多少可以根据实际情况选取，非线性项系数选取的越多，公式(2)中的函数阶数越多，拟合后计算出的输出值越接近理想的输出值Yk，非线性度也就越小。
本发明专利的原理主要是利用了多项式拟合的方法，以输入和输出理想的线性关系为拟合参考对象，将MEMS惯性传感器的输出和输入关系拟合成非线性误差为0的线性关系，从而达到减小非线性度的目的。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

资源描述

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1、(10)申请公布号 CN 104330105 A (43)申请公布日 2015.02.04 CN 104330105 A (21)申请号 201410578583.6 (22)申请日 2014.10.24 G01D 21/00(2006.01) (71)申请人中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心地址 215163 江苏省苏州市高新区龙山路 89 号 (72)发明人董冀鞠莉娜周芳 (74)专利代理机构苏州创元专利商标事务所有限公司 32103 代理人孙仿卫项丽 (54) 发明名称 MEMS 惯性传感器非线性度补偿方法 (57) 摘要本发明涉及一种 MEMS 惯性传感器。

2、非线性度补偿方法，为：建立 MEMS 惯性传感器的理想输出值与实际输出值的多项式函数关系式，多项式函数关系式中包含有非线性项；通过多项式拟合获得多项式函数关系式中的各个非线性项的系数并带入多项式函数关系式中得到非线性补偿式；通过非线性补偿式对 MEMS 惯性传感器的实际输出值进行非线性补偿而获得其理想输出值。本发明通过简单的多项式拟合即可对 MEMS 惯性传感器进行非线性度补偿，其简单可行，便于在 MIMU 或 Micro-INS 系统中通过编程实现。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页说明书 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12。

3、)发明专利申请权利要求书1页说明书3页 (10)申请公布号 CN 104330105 A CN 104330105 A 1/1 页 2 1.一种MEMS惯性传感器非线性度补偿方法，其特征在于：该方法为：建立MEMS惯性传感器的理想输出值与实际输出值的多项式函数关系式，所述的多项式函数关系式中包含有非线性项；通过多项式拟合获得所述的多项式函数关系式中的各个非线性项的系数并带入所述的多项式函数关系式中得到非线性补偿式；通过所述的非线性补偿式对所述的 MEMS 惯性传感器的实际输出值进行非线性补偿而获得其理想输出值。 2. 根据权利要求 1 所述的 MEMS 惯性传感器。

4、非线性度补偿方法，其特征在于：所述的 MEMS 惯性传感器的理想输出值与实际输出值的多项式函数关系式为其中， Kn、 Kn-1、 K1、 K0、 K-1、 K-(n-1)、 K-n为非线性项的系数。权利要求书 CN 104330105 A 2 1/3 页 3 MEMS 惯性传感器非线性度补偿方法技术领域 0001 本发明涉及一种对 MEMS 惯性传感器进行非线性度补偿方法。背景技术 0002 现有的对 MEMS 惯性传感器进行非线性度补偿方法通常有如下几种： 1、如论文运用神经网络代数算法的陀螺仪非线性误差补偿，其通过神经网络的方法实现非线性补偿； 2、如。

5、申请号为 200710070395.2 的发明专利一种补偿数字闭环光纤陀螺标度因数非线性度的方法，其是通过补偿电光集成相位调制器电光调制系数非线性的方法补偿非线性度； 3、如申请号为 200910078269.0 的发明专利一种改善光纤陀螺低角速率下标度因数非线性方法，其采用加大光源输入的驱动电流，提高到达探测器的光功率，增强 Sagnec 相位差信号，实现提高非线性的目的。上述这几种方法较为复杂，不易通过编程实现。发明内容 0003 本发明的目的是提供一种较为简单且易于通过编程实现的 MEMS 惯性传感器非线性度补偿方法。 0004 为达到上述目的，本发明。

6、采用的技术方案是： 0005 一种MEMS惯性传感器非线性度补偿方法，为：建立MEMS惯性传感器的理想输出值与实际输出值的多项式函数关系式，所述的多项式函数关系式中包含有非线性项；通过多项式拟合获得所述的多项式函数关系式中的各个非线性项的系数并带入所述的多项式函数关系式中得到非线性补偿式；通过所述的非线性补偿式对所述的 MEMS 惯性传感器的实际输出值进行非线性补偿而获得其理想输出值。 0006 所述的 MEMS 惯性传感器的理想输出值与实际输出值的多项式函数关系式为 0007 0008 其中， Kn、 Kn-1、 K1、 K0、 K-1、 K-(n-1)、 K-n为。

7、非线性项的系数。 0009 由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明通过简单的多项式拟合即可对 MEMS 惯性传感器进行非线性度补偿，其简单可行，便于在 MIMU 或 Micro-INS 系统中通过编程实现。具体实施方式 0010 下面结合实施例对本发明作进一步描述。 0011 实施例一：本方法主要针对 MEMS 惯性传感器的非线性度，通过拟合的方法补偿 MEMS 惯性传感器的非线性误差，达到减小 MEMS 惯性传感器非线性度的目的，这种新的非线性补偿方法的实验和计算简单，便于在 MIMU 或 Micro-INS 系统中通过编程实现。 0012。

8、按照 MEMS 惯性传感器标度因数的测试方法，记录在不同输入情况下的输出值，每个输入值至少循环测试 5 次，保证并验证在相同输入情况下输出的重复性，若相同输入情况下输出的重复性较好，说明该 MEMS 惯性传感器可进行非线性补偿。然后，将相同输入时说明书 CN 104330105 A 3 2/3 页 4 的输出值相加取平均值，该平均值可以认为是该输入时对应的输出，按照该方法计算出所有输入对应的输出值。 0013 参照 MEMS 惯性传感器标度因数拟合的方法，利用输入值和输出值，可以拟合出一条直线，拟合直线的斜率为标度因数，截距为零偏。该拟合直线是理想情况下。

9、，即非线性度为 0 时的输入和输出的关系。 0014 理想情况下 ( 非线性度为 0) 输入和输出的表达式如下： 0015 Yk SFXk+Bias (1) 0016 上式中： Xk为 MEMS 惯性传感器的第 k 个输入， Yk为非线性度为 0 时的 MEMS 惯性传感器的理想输出， SF 为 MEMS 惯性传感器的标度因数， Bias 为 MEMS 惯性传感器的零偏。 0017 实际情况下， MEMS 惯性传感器存在非线性误差，因此，输入和输出的关系不可能是公式 (1) 所表达的完全线性的关系。为了减小 MEMS 惯性传感器的非线性度，可以找到实际的输出值和理想输出值。

10、Yk之间函数关系式，从而达到非线性度补偿的目的。具体的方法如下和原理如下： 0018 1、建立 MEMS 惯性传感器的理想输出值与实际输出值的多项式函数关系式，多项式函数关系式中包含有非线性项。 0019 若在非线性度为 0 的理想情况下，和 Yk应该是相等的；由于 MEMS 惯性传感器的非线性误差的存在，导致了和 Yk之间的关系就不是完全的相等或者是线性关系，也就是和 Yk之间的函数关系存在非线性项；因此，和 Yk的函数关系式可以按如下公式表达： 0020 0021 上式中， Kn、 Kn-1、 K1、 K0、 K-1、 K-(n-1)、 K-n为非线性项的。

11、系数。 0022 2、通过多项式拟合获得多项式函数关系式中的各个非线性项的系数并带入多项式函数关系式中得到非线性补偿式。 0023 通过多项式拟合，可以拟合出公式 (2) 中的所有非线性项的系数，用拟合出的非线性项的系数带入公式 (2)，就可以得到用于进行非线性补偿的非线性补偿式。 0024 3、通过非线性补偿式对 MEMS 惯性传感器的实际输出值进行非线性补偿而获得其理想输出值 0025 通过带入非线性项的系数的公式(2)，可以计算出拟合后的输出值。由于拟合后计算出的输出值非常接近理想输出值 Yk，从而起到了非线性度补偿的目的。 0026 在具体的使用中，非线性项系。

12、数的多少可以根据实际情况选取，非线性项系数选取的越多，公式 (2) 中的函数阶数越多，拟合后计算出的输出值越接近理想的输出值 Yk，非线性度也就越小。 0027 本发明专利的原理主要是利用了多项式拟合的方法，以输入和输出理想的线性关系为拟合参考对象，将MEMS惯性传感器的输出和输入关系拟合成非线性误差为0的线性关系，从而达到减小非线性度的目的。 0028 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明说明书 CN 104330105 A 4 3/3 页 5 精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。说明书 CN 104330105 A 5 。

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