多位置检测实现MEMS加速度计的自校准

周凯月，李 佳，王玮冰，陈大鹏

(1.中国科学院大学,北京 100049; 2.中国科学院 微电子研究所,北京 100029)

基于MEMS加速度计的尺寸、成本功耗等方面的优势，其广泛应用于物联网、智能穿戴设备[1-2]，尤其在SLAM(simultaneous localization and mapping)、姿态识别、跌倒检测等应用中对IMU(inertial measurement unit)设备的姿态角精确计算有重要作用[3-4]。但是由于加速度计的安装偏差、尺度因子、零偏和随机噪声等因素的影响，其输出存在一定的误差[5-6]。因此需要建立校准补偿模型以实现稳定、高精度的加速度输出。

传统分立式标定校准依赖于大型转台设备，价格昂贵、操作方法复杂，标定精度取决于转台设备，不利于大批量的生产使用。为了降低校准对大型设备的依赖，颜开思等[7]提出借助于立方体治具将加速度计依次旋转90°，旋转6次，依此求得模型参数；为了解决六面体算法中治具所处平面可能不水平的问题，陆续有学者[8-11]提出九位置法、十位置法，十二面体法、二十四位置法等，将相差45°，90°，180°的两面求均值作为其中一组数据来抵消水平夹角问题，但均需要依赖治具。Lötters等[12]首次提出基于模观测的加速度计标定方法，将标定问题转化为优化问题，其关键在于非线性方程组的求解，最为常见的为迭代法、牛顿法[13]，其缺点为迭代结果严重依赖于初值的选取。Cheuk等[14-15]提出在多组任意位置下观测数据来求解模型参数，摆脱了治具的限制，但仍无法解决初值依赖问题。

针对LM算法过度依赖初值的问题，本文结合了LM算法与最小二乘法算法，在初值预估不准确情况下，实现误差模型参数的精确标定，并在标定后的姿态解算中，精度能达到与传统标定方法相同的量级。……