卫星用压力传感器的作用是向卫星遥测系统提供推进剂贮箱及气瓶的压力值，用于剩余推进剂量计算、预测卫星在轨寿命、监视系统状态以及协助系统进行故障判断与定位等。随着空间飞行器推进系统故障诊断和状态监测系统技术水平的提高，对压力传感器的精度要求越来越高，尤其是在卫星寿命期内，精确地估算推进剂剩余量至关重要，迫切需要研制高精度压力传感器。
硅压阻式压力传感器具有较好的介质相容性和长期稳定性，灵敏度高、动态响应快、测量精度较高，在空间飞行器上应用广泛。其芯片是半导体产品，输出易受压力和温度的交叉敏感影响，严重影响传感器的线性度，因此要研制高精度压力传感器，必须对传感器的输出特性进行补偿校正［１］。本文在分析比较各种误差校正技术的基础上，选取曲面拟合方法，通过在传感器内部嵌入高精度温度传感器，使传感器具备压力、温度一体化测量和标定的功能，利用最小二乘法完成对压力传感器的标定补偿工作，将压力传感器精度提高到0.0418％。
１误差校正技术
压力传感器的误差校正技术有传统的误差校正技术和数字补偿技术两种。传统方法是采用模拟方式对传感器输出信号进行校准和补偿。难度比较大，补偿精度不高，且受限于补偿元件的非线性误差，补偿元件受温度漂移的影响，无法进行逐点补偿，因此精度不高、线路复杂［２］。现代信号调理技术是采用数字式调整模拟系统，较常用的有分立补偿算法和数据融合技术。分立补偿算法特点是试验及标定比较简单，但对精度指标的贡献有限［３］。
数据融合是一项多数据综合处理技术，最大优势在于能充分综合有用数据，提高目标参数测量的准确性［４］。数据融合技术主要有曲面拟合法、二元插值法、神经网络算法。二元插值法的优点是速度快，精度高，缺点是需要预先在ＥＰＲＯＭ中输入对照数据表，不但工作量大，而且易出错。神经网络法拟合出的数据精度很高，是目前研究的热点之一，但神经网络算法需要数据量大，编程复杂，一般的微控制器难以胜任，且具有网络不太稳定，训练周期长等缺点。
曲面拟合法拟合出的数据精度较高，是目前较成熟的补偿方法。如美国Ｋｕｌｉｔｅ公司采用曲面拟合方法补偿的压阻式压力传感器的零点温度漂移和灵敏度温度漂移为３×１０－４℃ ；南京航空航天大学研制的一款适用于小型飞行嚣和无人机的高精度气压式高度表，通过分片曲面拟合的方法，将压力传感器的实际输出精度提高到0.01％［５］。通过建立试验系统和数据分析平台，针对卫星用压力传感器进行分析、测试及评估，选用曲面拟合方法对压阻式压力传感器的输出数据进行补偿，是合适的补偿方法。
２硬件组成
压力传感器的组成原理。采用恒压源供电，供电电源经过直流稳压电路进行二次稳压，供给压力敏感芯体。压力敏感芯体为力敏电阻组成的惠斯通电桥，电桥的输出信号经压力信号放大电路进行放大调理。将测温元件作为电桥的一个桥臂，其余３个桥臂阻值相同，环境温度变化时，桥路的差压输出信号发生变化，变化的信号经过仪用放大器进行放大。

根据产品在卫星上的工作环境，对产品内部的温度场分布进行分析，测温元件选择ＰＴ１０００电阻，将铂电阻安装在充油基座上，以保证检测温度与压力敏感芯体实际温度一致，如图２所示。

图２铂电阻安装示意图

３软件补偿
传感器测量的压力是关于压力传感器输出电压Ｕ和温度传感器输出信号电压Ｕｔ的二元函数，因此可以用二维回归方程来描述。即：ｐ＝ｆ（Ｕ，Ｕｔ）。通过对传感器进行二维校准试验，根据校准的输入、输出值由最小二乘法确定方程的常系数，得到二次曲面拟合方程。采用的补偿方法是利用标定时采集的压力、温度数据拟合压力传感器的实际输出电压与其所感受的压力和温度的二元函数Ｕ＝ｇ（ｐ，Ｔ），该函数按照泰勒级数进行展开，一般来说，展开到二次幂全项拟合精度完全可以满足 0.05％的要求：

式中：Ｋｉｊ为拟合系数；Ｐ为压力标定值；Ｔ为温度测量值。

４测试数据

通过高精度压力传感器测试标定平台，对压力传感器０～０．１ＭＰａ量程下进行标定测试。温度标定点取－５、０，５、１５、２０、２５、３０、４０、５０ ℃ ，压力标定点取０、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０ｋＰａ。标定中待温度和压力稳定后依次采集传感器在额定工作电压下的压力和温度输出电压。

４.１传统的最小二乘法
首先根据ＱＪ２８Ａ－９８《压力传感器静态不确定度计算方法》计算出拟合直线方程为：Ｕ＝０．２２０７２３＋４．６５４８３１ｐ，按该直线方程对传感器进行验证，所得误差如表１所示，其中最大误差为０．５１４１ｋＰａ，相对误差为０．５１４１％。

４.２整体曲面拟合法

利用上位机对数据进行全温区内的整体曲面拟合处理，验证误差结果如表２所示。由表２可知，采用整体曲面方程拟合后，传感器全温区压力测量的绝对误差最大值为０．１１１１ｋＰａ，相对误差为０．１１％。

４.３分片曲面拟合方法

分别将原始标定数据划分为不同温区，分片进行曲面拟合。根据各拟合方程分别计算标定点的相对误差，寻找相对误差最小时对应的拟合方程。经多次拟合计算确定分片方式，按温度将全温区分为３片：［－５～１５ ℃ ］、［２０～３０ ℃ ］、［４０～５０ ℃ ］。其拟合误差如表３所示。由表３可以看出，分片拟合后，传感器全温区压力测量的绝对误差最大值为０．０４１８ｋＰａ，相对误差为０．０４１８％，远小于整体曲面拟合误差０．１１％和直线拟合误差０．５１４１％，压力测量精度有明显改善。