加速度计组件冷启动温度模型参数的标定方法

　　为了使惯导系统适应各个领域及不同环境的应用，一般要求加速度计具有较宽的工作温度范围，而系统冷启动过程及外界环境温度的变化会引入较大的加速度计热漂移测量误差。目前，通过建立加速度计组件的温度参数模型，以克服其对环境温度的敏感性，已成为主要的研究方法[1-3]。通常，不同温度点下，通过温箱对加速度计组件进行多组静态位置标定，进而可建立相应的温度参数模型[4]。而由于温箱的温度环境和自然温度环境存在差异，通过温箱的大量温度实验以建立的模型可能不适用于实际的自然温升过程。因此，本文着重提高加速度计组件温度参数模型的工程适用性。

　　由于惯性系统内部的温度场为复杂易变的非均匀场，且动态环境下系统内部难以实现真正的热平衡，本文提出了一种自然升温环境下加速度计组件温度模型参数的标定方法，并基于卡尔曼滤波方法估计出模型参数，解决了传统温度参数建模方法对温箱依赖性过高及不同温度点热平衡时间过长的问题，具有重要的理论意义及工程实用价值。本文建立了加速度计组件标度因数、安装关系，以及常值零偏关于温度的比力积分增量线性测量模型。室温下，通过系统冷启动过程充分激励加速度计组件的热漂移误差，基于不带温箱的三轴转台对加速度计组件进行连续多组标定，借助于激光陀螺的辅助测量以提供比力观测基准，通过卡尔曼滤波估计出加速度计组件温度模型参数的各项系数。基于体坐标系中的重力分量值，以及模值的测量精度，验证了温度模型参数的准确性。实际温度参数补偿中，通过系统的重力值测量精度和导航定位精度，进一步验证了温度参数模型的可信性。

　　1 冷启动自然升温环境下加速度计组件温度模型参数的标定

　　考虑实际的激光陀螺捷联惯性系统冷启动环境，自然升温环境下基于三轴转台连续多次标定加速度计组件，实现整个冷启动过程的温度测量以及加速度计组件多组位置输出测量。结合激光陀螺辅助测量，提供加速度计组件的比力输入基准值，建立加速度计组件温度参数的二阶多项式回归模型。

　　1.1 坐标系关系

　　定义g g gox oy oz 、 分别为三个激光陀螺的敏感轴方向，a a aox oy oz 、 分别为三个加速度计的敏感轴方向。考虑激光陀螺标度因数和安装关系的相对稳定性，以激光陀螺敏感轴为约束定义如下 IMU 体坐标系：正交坐标系b b bo x y z，其中box 轴与gox 轴重合;boy 轴在g gox oy 轴所在的平面内，boy 轴垂直于box 轴，boy 轴和go y轴的夹角记为zα ;boz 轴则按正交系右手定则定义，boz 轴垂直于goy 轴;boz 轴和goz 轴之间的关系，可用goz 轴与b boy z 平面的夹角xα ，以及与b box z 平面的夹角yα确定。基于此坐标系关系，可建立激光陀螺组件的角增量测量模型，以及加速度计组件的比力积分增量测量模型。通常，基于三轴转台，通过至少 6 个不共面的转轴的编排方式，可标定出激光陀螺的标度因数和安装关系[5]，从而为加速度计组件参数的标定提供辅助测量。