[发明专利]一种MEMS陀螺阵列确定性误差系数标定方法

说明书

本发明涉及一种MEMS陀螺阵列确定性误差系数标定方法，属于惯性仪表标定技术领域，首先采用Sage‑Husa自适应滤波替代普通的Kalman滤波，以对量测噪声进行实时估计，增强了Kalman滤波的鲁棒性。此外，引入了Hsubgt;∞/subgt;滤波辅助Sage‑Husa自适应滤波，在Sage‑Husa自适应滤波发散的时候，使用Hsubgt;∞/subgt;滤波的滤波结果；如果Sage‑Husa自适应滤波没有发散，使用Sage‑Husa自适应滤波的滤波结果；如果Sage‑Husa自适应滤波只是精度变低并没有明显发散，设计了一种加权规则，对两种滤波的滤波结果进行自适应加权求和。本发明技术可以有效解决量测噪声与其预先统计值出入较大对陀螺阵列确定性误差系数估计的影响，提高了确定性误差系数的标定精度。

技术领域

本发明涉及一种MEMS陀螺阵列确定性误差系数标定方法，属于惯性仪表标定技术领域，具体涉及一种基于混合Sage-Husa自适应/H_∞滤波的MEMS陀螺阵列确定性误差系数标定方法。

背景技术

近年来，微机械(Micro Electronic Mechanical System,MEMS)陀螺仪行业发展迅速，MEMS陀螺仪与传统的机械陀螺、固体陀螺、光学陀螺等相比，其显著优点是体积小、质量轻、成本低、功耗小、易于批量生产和易于集成等。因此，MEMS陀螺仪在很多行业日益受到青睐，如武器制导、航空航天、汽车以及电子设备等众多领域。目前MEMS陀螺仪技术虽然发展迅速，但在结构设计、工艺水平和检测电路等方面还有待进步，MEMS陀螺仪在精度和可靠性方面与高精度陀螺仪还存在较大差距。国内的高性能MEMS陀螺仪产品较少，大多数MEMS陀螺仪不足以满足现代战争对惯性器件的军事应用需求。因此提高MEMS陀螺仪的可靠性和精度至关重要，方法主要有以下两种，一是改进陀螺内部结构，即从硬件的角度改进MEMS陀螺的结构设计和电路设计等；二是器件级冗余方式，即惯性导航系统中使用的陀螺仪数目大于3，并将这些陀螺仪进行余度配置，构造“陀螺阵列”，“陀螺阵列”又可以被称为“虚拟陀螺”、“批量MEMS陀螺”、“冗余陀螺”等。综合考虑这两种方式研发成本和研发时间等因素，目前广泛采用器件级冗余方式(构造陀螺阵列)来提高MEMS陀螺仪的精度和可靠性。在MEMS陀螺阵列系统的研究中，主要包含以下几项关键技术：MEMS陀螺阵列冗余配置结构的设计、确定性误差系数的标定、多传感器的信息融合。

MEMS陀螺的确定性误差和随机误差制约着陀螺的精度，其中确定性误差占比较大，所以MEMS陀螺确定性误差的标定对提高陀螺阵列的精度至关重要。MEMS陀螺阵列确定性误差系数标定技术包括系统级标定和分立式标定两种方式。系统级标定引入了惯性导航系统的导航解算结果作为观测量，再使用各种滤波方法对确定性误差系数进行辨识；分立式标定是使用转台提供的精确角速度输入信息，通过多位置多角速率的实验来完成确定性误差系数的辨识。分立式标定相对系统级标定操作简单，但是随着MEMS陀螺阵列使用的惯性器件数目的增加和冗余配置结构的复杂化，MEMS陀螺阵列的确定性误差系数的辨识难度也急剧增加，所以MEMS陀螺阵列的分立式标定技术在通用性和标定精度方面都有较大的提升空间。

在分立式标定技术中，目前广泛采用解析法和Kalman滤波算法对确定性误差系数进行辨识。解析法是通过联立方程组直接求解参数的方法，但是实际标定过程中，测量值不仅受到确定性误差的影响，也会受到随机误差的影响，仅通过联立方程组求解参数的方法标定精度有限，并且在面对配置结构比较复杂的陀螺阵列时，解析法对确定性误差系数的解算就会变得复杂，对于不同的陀螺阵列配置结构需要设计不同的解算方法，所以解析法的通用性不强；目前通用性较强的方法是基于Kalman滤波的确定性误差系数标定方法，即建立误差模型后，使用Kalman滤波对确定性误差系数进行估计。虽然该方法在误差标定通用性上得到了提升，但是由于MEMS陀螺精度低，稳定性差，量测数据的噪声难以预先准确统计，使用经典的Kalman滤波对陀螺阵列的确定性误差进行估计时，估计结果容易发散，从而影响估计精度，因此该方法存在鲁棒性不强的问题。

发明内容