一种新的加速度计温度误差补偿方法

　　在惯性导航系统中，作为惯性器件的加速度计性能的好坏对整个惯性系统的导航精度起着至关重要的作用[1]。在工程应用中，加速度计的工作环境温度发生变化时，它内在的温度特性使它的输出会有较大的偏差，如果不加以补偿，在测量过程当中会有较大的误差，进一步影响系统的导航精度。因此，研究加速度计的温度特性并对其进行补偿就显得尤为重要。目前常用硬件或软件的方式进行补偿。硬件补偿一般通过改变加速度计的结构、材料、工艺和工作环境等方法来提高其精度[2-4]，但补偿过程复杂，较难实现。因此通过辨识加速度计的温度模型参数，对加速度计进行实时温度补偿的软件方案成为提高精度的一个重要可行的方法[5-8]。

　　本文通过加速度计在水平和垂直位置定点升温的方法，利用最小二乘法建立起了加速度计的零偏和标度因子的静态温度误差模型，对加速度计由温度变化引起的误差进行了有效补偿。通过对自然升温和降温过程的补偿，验证了模型的重复性。

　　1 硬件系统简介

　　本系统中加速度计沿三维坐标系方向固定于温控盒中，加速度计线路采用性能稳定的二元调宽线路。它主要完成以下两个功能：对三个加速度计构成二元调宽力反馈回路;对三个加速度计的正反向脉冲进行计数，并用单片机采样计数值，将计数值通过串口以485 协议送出。线路原理框图如图1 所示。系 统 采 用的是DS18B20 温度传感器对加速度计温度进行测量。DS18B20 Dallas 公司推出的数字温度测量器件，采用3.0～5.V 供电电压，温度测量范围为-55～+125 ℃，12 位数字量表示所测量的温度值， 在-10～+85 ℃范围内的测量精度为±0.5 ℃。多个温度传感器可以通过一条总线进行温度值传输，并与单片机进行通信。

　　2 加速度计温度补偿模型

　　为了获得加速度计零偏和标度因子随温度变化的特性，我们对加速度计采取了定点升温试验。在每个固定的温度点分别获取加速度计在水平和垂直位置下输出的脉冲数。在30℃到70℃范围内，每5℃作为一个温控点，共9 个点进行试验。实验中，加速度计由温控盒进行温度控制，待温度稳定且加速度计输出稳定后，记录加速度计的输出值，并且升温到下一个温度点继续试验。共进行3 次循环定点升温试验，每次试验前将加速度计冷却到室温状态。检验加速度计输出脉冲数的重复性，然后对加速度计零偏和标度因子进行建模并计算拟合的参数。拟合的模型为5 阶多项式，拟合方法采用最小二乘法。

　　实际试验中采用完全相同的方法对三个相互正交的加速度计均进行了数学建模和温度补偿，以检验模型的重复性。限于篇幅，我们仅以某一加速度计为例进行说明。