文档介绍：一种基于INS及MEMS气压传感器组合高度
测量方法
摘要：针对MEMS气压传感器温度漂移大、高度解算模型 不准确、高度测量跳变方差大三个问题，本文研究了 MEMS 气压传感器在高度测量过程中的温度补偿、高度解算模型对 比以及与惯性导航系统信息融合等三项技术：首先分析了温 度对气压传感器的影响并对其补偿；之后采用数值积分方法 解算高度，并与传统大气压高度模型进行了实验对比；最后 采用自适应卡尔曼滤波器实现了惯性导航系统与气压传感 器的信息融合。实验证明本文方法得到的高度及天向速度测 量信息具有精度高、响应快、误差不累积等优点。
关键词：气压传感器高度测量温度补偿自适应滤波 中图分类号：P216+. 2文献标识码：A文章编号： 1007-9416 (2012) 09-0087-04
惯性导航系统(INS)和气压传感器均是航空中重要的 仪表。惯性导航系统瞬态响应快、能够给出载体全部姿态信 息，但其高度通道不稳定［1］;气压传感器能够通过测量气 压得到误差不随时间累积的高度信息，但其精度较低，且瞬 态响应慢［2］。因此，针对惯性导航系统与气压传感器测高 误差的不同特性，拟将二者进行组合。
温度主要影响MEMS传感器零偏［3］,且存在滞后性［4］,
常采用Preisach模型对其补偿［5］。该模型能够准确描述压 电晶体存在的滞后性，不需要拟合函数，但要逐点标定以确 定模型参数，标度因数很多，占用存储空间大，标定过程耗 时长。文献［6］提出了 一种拟合函数用于逼近Preisach模型, 但该函数为积分形式，且积分结果不为初等函数，因此模型 参数通常只能查表获得，不适用于材料未知的压电晶体。文 献［7］提出了一种更适合工程实用的拟合函数，不含有积分 形式，容易标定，但其函数形式为一次曲线，拟合不够准确。 本文通过大量实际观测数据，改进文献［7］中方法，提出了 一种三次曲线拟合方式，对温度引起的MEMS气压传感器零 偏进行标定补偿。
气压传感器计算高度时，需要建立合理、准确的气压高 度解算模型。文献［8］提出了一种高度解算模型，该模型由 于引入标准大气压参数，受大气环境影响较大，且公式具有 一定近似性。本文直接对理想气体公式数值积分，得到了一 种更为通用的大气压高度解算方式。
对惯导系统和气压传感器组合时，通常认为天向机动加 速度为零均值平稳随机过程，如文献［9］,显然该假设与某 些情况不符。Zhou和kumar提出的机动载体"当前"统计方 式采用非零均值和较合理的修正瑞利分布表征机动加速度 特征［10］,能更真实地反映机动范围和强度的变化。因此， 本文采用基于该方式的自适应卡尔曼滤波实现二者有效结 合［11］。通过加速度均值和方差的自适应跟踪，完成驱动噪
声方差阵和状态参数的自适应修正。同时引入自适应遗忘因 子，限制滤波记忆长度。实验验证了本文方法的有效性。
1、气压传感器温度补偿
无人机在对流层飞行过程中，其环境温度变化在-20〜 45£之间，大气压变化在60〜llOkPa之间。根据这一指标, 选用飞思卡尔公司生产的MEMS气压传感器MPXA6115AE12］ 和ADI公司生产的温度传感器ADT7310E13］。
1. 1补偿模型
为补偿温度引起的零偏及其滞后性，采取最小二乘方式 分别拟合升温及降温过程压力误差曲线，拟合函