阅读说明：本技术 一种用于惯导的自适应加速度计温度补偿方法 (Adaptive accelerometer temperature compensation method for inertial navigation ) 是由 林建华 张铭涛 吴成智 肖波 谷丛 邵添羿 吴枫 邵俊琦 于 2019-10-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于惯导的自适应加速度计温度补偿方法,该方法包含：S1、测试多组全温度范围内的惯导输出的加速度计数据；S2、对步骤S1得到的多组加速度计数据进行计算分析,得到多组加速度计的输出特性；S3、根据步骤S2中加速度计的输出特性,建立多组数学模型；S4、根据惯导开机的工作状态参数,从多组数学模型中选取最佳数学模型作为当前工作状态的温度补偿模型进行温度补偿。其优点是：该方法通过多次采集加速度计在全温度范围内的输出数据,运用大数据分析出该加速度计随温度变化的特性,得到多种分段直线或曲线拟合的数学模型,利用不同的数学模型匹配不同工作条件下的数据输出特性,提高了加速度计的测量精度以及温度补偿方法的有效性。(The invention discloses a temperature compensation method of a self-adaptive accelerometer for inertial navigation, which comprises the following steps: s1, testing multiple groups of accelerometer data output by inertial navigation within a full temperature range; s2, carrying out calculation analysis on the multiple groups of accelerometer data obtained in the step S1 to obtain the output characteristics of the multiple groups of accelerometers; s3, establishing a plurality of groups of mathematical models according to the output characteristics of the accelerometer in the step S2; and S4, selecting the optimal mathematical model from the multiple sets of mathematical models as the temperature compensation model of the current working state for temperature compensation according to the working state parameters of the inertial navigation starting machine. The advantages are that: according to the method, output data of the accelerometer in the full temperature range are collected for multiple times, characteristics of the accelerometer changing along with temperature are analyzed by using big data, a plurality of segmented straight line or curve fitting mathematical models are obtained, different mathematical models are used for matching data output characteristics under different working conditions, and the measurement accuracy of the accelerometer and the effectiveness of a temperature compensation method are improved.)

一种用于惯导的自适应加速度计温度补偿方法

技术领域

本发明涉及惯性导航领域，具体涉及一种用于惯导的自适应加速度计温度补偿方法。

背景技术

惯性导航系统在给定初始位置的条件下，可以输出位置、姿态和速度信息，在航空、航天和航海等领域得到广泛应用，它已经成为运载火箭、战略武器、潜艇的重要导航设备。除此之外，惯性导航系统在民用领域也得到了广泛应用，例如应用于采煤、石油钻井和管道铺设等方面。因此，惯性导航技术在军事活动和日常生活中变得越来越重要。

惯导是惯性导航系统中的主要组成部分，主要功能为实时测量载体三个轴的角速度和视加速度，经误差补偿后，提供以下信息：三轴角增量、角速度即时量、三轴视速度增量、视加速度即时量及温度信息。

惯导主要由陀螺和加速度计两部分构成，其中加速度计对环境温度比较敏感。在不同温度条件下，惯导输出的加速度信息偏差较大，所以对惯导中加速度计的温度特性和补偿方法的研究具有重要的意义。目前常用的温度补偿方法主要有多项式拟合法和分段直线拟合法。然而该两种方法要求加速度计的输出数据和温度变化值之间具有精确的数学模型，在工程应用过程中加速度计随温度的变化存在一定的不确定性，往往在相邻的两次测试过程中都会产生一定的偏差，即加速度计的零偏重复性较差，因此加速度计难以用某个单一的曲线拟合或分段直线拟合的温度补偿方法来提高测量精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于惯导的自适应加速度计温度补偿方法，对加速度计在全温度范围内的输出数据进行多次采集，经过大量数据测试，并通过大数据分析出该加速度计随温度变化的特性，得到多种分段直线或曲线拟合的数学模型，利用不同的数学模型匹配不同工作条件下的数据输出特性，提高了加速度计的测量精度，也提高了温度补偿方法的有效性。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于惯导的自适应加速度计温度补偿方法，该方法包含：

S1、测试多组全温度范围内的惯导输出的加速度计数据；

S2、对步骤S1得到的多组加速度计数据进行计算分析，得到多组加速度计的输出特性；

S3、根据步骤S2中加速度计的输出特性，建立多组数学模型；

S4、根据惯导开机的工作状态参数，从多组数学模型中选取最佳数学模型作为当前工作状态的温度补偿模型进行温度补偿。

优选地，所述步骤S1具体为：

将惯导三个轴分别以水平方向置于带有独立地基温度试验箱内，多次测量并记录全温度范围内的惯导输出的加速度计数据。

优选地，所述全温度范围内的惯导输出的加速度计数据包含：温度从低温至高温自动升温条件下惯导输出的第一类加速度计数据和多温度点恒温条件下惯导输出的第二类加速度计数据。

优选地，所述步骤S2具体为：

所述加速度计的输出特性包含特征曲线和特征直线；

将多组第一类加速度计数据按照温度由低到高的变化生成数据变化量曲线，并从各数据变化量曲线中选取特征曲线；

对多组恒温测量点的第二类加速度计数据分别求取平均值，再采用分段最小二乘法分别对各组第二类加速度计数据进行拟合，从各拟合结果中选取特征直线。

优选地，所述特征曲线为同一温度点下第一类加速度计数据偏差值大于1mg的曲线；

所述特征直线为同一温度点下第二类加速度计数据偏差值大于1mg的分段直线。

优选地，所述步骤S3具体为：

通过所述特征曲线建立分段直线拟合的数学模型，将此数学模型中拟合的分段直线与所述特征直线进行比较，选取最终的多组数学模型。

优选地，所述最终的多组数学模型为加速度计数据拟合误差小于0.2mg的模型。

优选地，所述步骤S4中的工作状态参数包含实际加速度计数据和当前温度点。

优选地，所述步骤S4具体为：

对惯导开机n秒内输出的实际加速度计数据进行自动平滑，通过当前温度点计算出各数学模型输出的加速度计数据，将各数学模型输出的加速度计数据与实际加速度计数据对比，选取偏差最小的加速度计数据对应的数学模型作为当前工作状态的温度补偿模型进行温度补偿。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明的用于惯导的自适应加速度计温度补偿方法，通过大数据分析，从加速度计输出特性的差异性中寻找共性，并建立不同的温度补偿模型，克服了现有温度补偿技术中采用单一的温度补偿模型的缺点，提高了加速度计测量的精度；

(2)本发明的用于惯导的自适应加速度计温度补偿方法，针对不同环境条件下加速度计输出的前n秒数据自动匹配温度补偿模型，提高了温度补偿方法的有效性以及加速度计在某一工作环境下的温度补偿精度，更进一步提高了惯导在全天候条件下对载体加速度的测量精度；

(3)本发明的用于惯导的自适应加速度计温度补偿方法，通过采集温度从低温至高温自动升温条件下惯导输出的第一类加速度计数据和多温度点恒温条件下惯导输出的第二类加速度计数据，提高了样本的广泛性，加强了该温度补偿方法的准确性。

附图说明

图1为本发明用于惯导的自适应加速度计温度补偿方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

由于加速度计在工作过程中，零偏重复性较差，无法用单一的数学模型代表其各类环境条件下的工作特性。为减少加速度计输出不确定性对惯导的输出产生影响，本发明的用于惯导的自适应加速度计温度补偿方法对加速度计在全温度范围内的输出数据进行多次采集，经过大量数据测试，并通过大数据分析出该加速度计随温度变化的特性，得到多种分段直线或曲线拟合的数学模型，利用不同的数学模型匹配不同工作条件下的典型数据输出变化特性。

如图1所示，为本发明的一种用于惯导的自适应加速度计温度补偿方法流程示意图，该方法包含：

S1、测试多组全温度范围内的惯导输出的加速度计数据，以得到加速度计在各温度点以及温度变化条件下较全面的数据。

其中，所述全温度范围内惯导输出的加速度计数据包含：温度从低温至高温自动升温条件下惯导输出的第一类加速度计数据和多温度点恒温条件下惯导输出的第二类加速度计数据。

所述步骤S1具体为：将惯导三个轴分别以水平方向置于带有独立地基温度试验箱内，多次测量并记录全温度范围内的惯导输出的加速度计数据。

在本实施例中，需测试-40℃～60℃的加速度计数据，具体方法为：

(1)先将温度试验箱温度降至-40℃并保温2小时，然后以2℃/min的速度逐渐升温至60℃并保温2小时，在此过程中全程记录加速度计数据的输出，即采集第一类加速度计数据；

(2)完成自动变温条件下的测试后，选择目标温度范围内的典型温度点：-40℃、-35℃、-30℃、-25℃、-20℃、-15℃、-10℃、-5℃、0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃(可根据实际需要增加选点数量)，进行恒温测试，并记录每个恒温点下惯导的加速度计数据，即采集第二类加速度计数据；

(3)重复进行5～8次(1)和(2)中所述的工作，并保存所有数据。

S2、对步骤S1得到的多组加速度计数据进行计算分析，得到加速度计的输出特性。其中，所述加速度计的输出特性包含特征曲线和特征直线。

所述步骤S2具体为：采用全温度范围内存储的所有加速度数据，将5～8组第一类加速度计数据按照温度由低到高的变化生成数据变化量曲线，并对各组数据变化量曲线进行对比，从各组中寻找出同一温度点下第一类加速度计数据偏差大于1mg的曲线作为特征曲线，作为建立数学模型的依据。

对5～8组恒温测量点的第二类加速度计数据分别求取平均值，再采用分段最小二乘法分别对各组第二类加速度计数据进行拟合，将拟合后的各分段直线进行比较，将同一温度点下第二类加速度计数据偏差值大于1mg的分段直线作为特征直线，选取特征直线，用于建立数学模型。

S3、根据所述加速度计的输出特性，建立多组数学模型用于温度补偿算法。

所述步骤S3具体为：通过所述特征曲线建立分段拟合直线的数学模型，将此数学模型中拟合的分段直线与所述特征直线进行比较，对于拟合后较为相近的分段直线，选取加速度计数据拟合误差小于0.2mg的模型作为最终的多组数学模型。

S4、根据惯导开机的工作状态参数，从多组数学模型中选取最佳数学模型作为当前工作状态的温度补偿模型进行温度补偿。在本实施例中，惯导开机的工作状态参数为惯导开机20秒内输出的实际工作参数。

所述步骤S4中的工作状态参数包含实际加速度计数据和当前温度点。

所述步骤S4具体为：惯导内部的CPU对惯导开机20秒内输出的实际加速度计数据进行自动平滑，对其进行1秒平滑处理，通过当前温度点计算出各数学模型输出的加速度计数据，将各数学模型输出的加速度计数据与实际加速度计数据比较，选取偏差最小的加速度计数据对应的数学模型作为当前加速度计工作状态的温度补偿模型进行温度补偿。

综上所述，本发明的用于惯导的自适应加速度计温度补偿方法，克服现有加速度计温度补偿方法的不足，经过大量数据测试后，可以从大数据中找出典型的共性特征，利用不同的数学模型匹配不同工作条件下的典型数据输出变化特性。惯导通过判断在某一环境温度下开机工作n秒内的加速度计输出值和温度值来自动匹配温度补偿模型，即先匹配温度补偿模型，再根据匹配的温度补偿模型进行温度补偿，提高了温度补偿方法的有效性，提高了加速度计在某一工作环境下的温度补偿精度，进一步提高了惯导在全天候条件下对载体加速度的测量精度。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。