陀螺最小二乘法温度补偿

精品文库基于MEMS姿态传感器温度补偿方法传感器的温度补偿方法大致可以分为两种，即硬件补偿和软件补偿。硬件补偿方法主要是改变电路来达到补偿效果，但是这种方法会导致电路的复杂化，同时提高了成本。软件补偿方法主要有最小二乘法、BP 神经网络法、回归法等。从计算的方便性和补偿精度的准确性两个方面，本文采取最小二乘法进行温度补偿。1 姿态传感器的温度补偿原理本文采用美国InvenSense 公司生产的ITG3205三轴陀螺仪芯片，该芯片中内嵌有数字输出温度传感器，因此可以随时检测出传感器所处的环境温度。在不同的工作环境温度下，传感器实际角度输出值与理论角度输出值会出现一定的误差，称之为温度误差。为了消除或者减少这种温度误差，利用最小二乘法进行曲线拟合，最终达到或接近理论角度输出值。传感器根据输入的检测信号，通过姿态检测模块和温度检测模块采集相关数据，然后经过温度补偿模块进行相应的温度补偿，最后通过输出检测模块可得到预期的检测信号。姿态传感器的温度补偿原理如框图1所示。2 姿态传感器的温度补偿方法在同一温度下，不同角度的理论值与输出值之间严格意义上是一种非线性关系，但是由于这种误差值相对不大，可以近似的认为是一种线性关系，即y = mx + n 的线性关系。通过最小二乘法进行线性拟合，可以得出参数m 和n 的值。此时可以发现，在不同的温度下，所拟合出来的m和n 值是随温度的变化而变化的。在此情况下，必须找出温度分别与m 和n 之间的关系，为此同样可以根据最小二乘法再次进行曲线拟合，从而得出m 值与温度之间的关系。同理也可以得出n 与温度之间的关系。经过两次曲线拟合之后，可以得出理论值与输出值之间的误差有了明显的减小，并且满足预期的要求。在实际应用中，为了达到高精度检测的要求，可以通过测量多组数据进行曲线拟合的方法来实现。3 姿态传感器的实验数据处理由于各轴的检测原理是相同的，因此本论文采用x轴的检测数据进行实验验证。主要的实验仪器有被测姿态传感器、经纬仪、高低恒温箱、高精度角度检测仪等。表1所得数据是未经温度补偿时的实验数据，即原始数据。3.1 第一次线性拟合由于按照最小二乘法的基本步骤进行拟合的计算量比较大，所以本文采用Matlab进行数据处理，这样不但可以减少复杂的计算过程，而且还可以保证较高的计算精度。例如在温度T=-30 C的条件下，以理论角度x 为自变量，输出角度y 为因变量，根据线性关系式y = mx + n ,计算出参数m 和n的值。具体计算程序如下：拟合图像如下图2所示。依次求出不同温度下参数m 和n 的值，计算结果如表2所示。3.2 第二次曲线拟合以参数m 为因变量，温度t 为自变量，根据曲线拟合式mt = at2 + bt + c ,利用Matlab 求出a,b,c 的值，最终确定m 与t 的函数关系式。同理，可求得n 与t 的函数关系式。具体计算程序如下：拟合图像如图3所示。同理，求得n 与t 之间的函数关系式为：4 实验数据的验证传感器未经温度补偿时的输出为y = mx + n ,即在t 时，无补偿输出为：根据式(1)、(2)、(7)可得补偿后的输出值。偿后的数据如表3所示。在表1中未补偿前的最大误差角度为0.682 7，表3中补偿后的最大误差角度为0.261 6，相对减少的误差角度为0.421 1。由表1和表3的数据对比结果可以看出，经过温度补偿后的姿态检测精度相比补偿前有了很大