微惯性测量单元标定补偿新方法及精度提升

“一种微惯性测量单元标定补偿方法* (2012年)” 本文主要探讨了微惯性测量单元（Micro Inertial Measurement Unit，简称MIMU）的标定与补偿技术，以提高其测量精度。MIMU是惯性导航系统中的关键组件，通常由微型机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，简称MEMS）的加速度计和陀螺仪组成，用于测量物体的运动状态，如加速度、角速度和姿态。然而，由于MEMS器件自身的非理想性，MIMU的输出会存在各种误差，如零位偏移、标度因数误差、安装误差以及对重力加速度的敏感性等。 文章首先介绍了MIMU的基本构成和结构，强调了MEMS惯性器件的输出特性，这些特性包括器件的线性响应、非线性误差、温度漂移等。基于这些特性，作者建立了一个数学标定模型，该模型涵盖了加速度计和陀螺仪的主要误差源。这个模型是进行精确标定的基础，它能够提取出影响测量精度的33个关键参数。 接着，文章详细阐述了一种适用于MIMU的标定方法，该方法包括两个主要试验：加速度计的重力场静态翻滚试验和陀螺仪的恒角速率试验。通过这些试验，可以测定MIMU内部传感器的零位偏移（即未受激励时的输出）、标度因数（传感器输出与实际物理量之间的比例关系）、安装误差系数（传感器在封装或安装过程中产生的误差）以及g值敏感项（传感器对地球重力加速度的响应偏差）。 在对实验室自制的MIMU进行标定后，作者利用得到的标定参数对测试数据进行了误差分析和补偿。实验结果显示，采用这种标定补偿方法显著提高了MIMU的测量精度，精度提升幅度达到1%以上。这在惯性导航、无人机控制、地质勘探等应用领域具有重要意义，因为更高的测量精度意味着更准确的定位和姿态信息，从而能提高系统的整体性能。 这篇论文为MIMU的标定提供了一种有效的方法，对于理解和改进MEMS惯性传感器的性能具有重要价值。通过对误差参数的精细标定和补偿，该方法有助于减少测量误差，提升微惯性测量单元在实际应用中的可靠性。