CN117109637B - 一种半球谐振陀螺仪的温漂误差修正补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半球谐振陀螺仪的温漂误差修正补偿方法，涉及陀螺仪技术领域，该方法包括步骤S1：将陀螺仪本体划分出多个保持周期性温度监测的测温区域并建立温差监测策略；步骤S2：设定用于表示期望补偿值的粒子并定义与期望补偿值对应的适应度值；步骤S3：初始化粒子群以寻找误差补偿修正参数的最优解；步骤S4：将最优解结果与预设的期望补偿值对比，符合即得出全局最优解从而得出当前变化温度场内最佳的陀螺仪温漂误差的补偿修正参数方案。本发明使用粒子群优化的方式进行温漂误差补偿修正，能够在较短的时间内找到最优参数，具有更精准的温漂误差补偿效果和更好的补偿实时性，同时能够减少人工干预，提升最佳参数值的补偿效率。
Description
技术领域
本发明涉及陀螺仪技术领域，具体涉及一种半球谐振陀螺仪的温漂误差修正补偿方法。
背景技术
半球谐振陀螺仪是一种固态振动陀螺仪，利用半球壳体唇缘的径向振动驻波进动效应来感测基座旋转。温漂误差是半球谐振陀螺仪的另一种误差类型。它主要是由于半球谐振陀螺仪的机械结构、电子线路和激励电压等对温度的敏感性引起的。温漂误差表现为在温度变化时，半球谐振陀螺仪的输出值会发生不规律的偏移和漂移，从而导致测量精度的下降。在现有技术中，对温度漂移进行校准补偿主要采用动态校准法，通过在实际运行中定期或连续地获取陀螺输出和环境温度数据，然后根据这些数据实时调整校准参数，这种方法可以更准确地跟踪温度变化引起的误差。当陀螺仪暴露在不均匀的温度场中，因为有温度变化的存在，使得用常规的动态校准法会比较难以准确考虑温度的梯度效应，在存在变化温度或温差梯度的情况下，温度漂移可能会更加复杂，不同位置的温度漂移可能呈现不同的趋势。同时温度变化或温差梯度可能导致不同位置陀螺的温度漂移存在差异，而动态校准通常是基于全局环境温度来进行参数调整的。这可能导致在某些局部区域补偿效果不佳，因为局部温度梯度变化可能难以充分考虑。
发明内容
本发明提供一种半球谐振陀螺仪的温漂误差修正补偿方法，解决现有方法中半球谐振陀螺仪温度漂移误差补偿在具有变化或梯度温度的环境中补偿效果不佳的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种半球谐振陀螺仪的温漂误差修正补偿方法，该方法包括：
步骤S1：建立空间直角坐标系，在具有温度变化的温度场内按照预设的坐标点密度收集陀螺仪本体上多个位置的实际温度值，通过陀螺仪本体在温度场内的运转收集当前温漂误差补偿的量化初始数值，并将陀螺仪本体划分出多个保持周期性温度监测的测温区域并建立温差监测策略，根据温差监测策略评估陀螺仪本体当前的温度状态；
步骤S2：在当前温差变化下参照量化初始数值，设定修正每个测温区域内温漂误差补偿所需的补偿修正参数的期望补偿值，并设置期望补偿值的适应阈值范围；设立用于表示修正误差补偿方案的粒子，每个修正误差补偿方案对应至少一组期望补偿值，并根据不同测温区域的当前实际监测的温度值来定义该区域内粒子对应的适应度值，用以表示温漂误差和梯度效应的影响幅度和所需的期望补偿值；
步骤S3：初始化粒子群，其中每个粒子均设有至少一组补偿修正参数的实施补偿值，将每个测温区域中随机生成的全部粒子的实施补偿值与当前测温区域中的期望补偿值进行比对以确认是否在适应阈值范围内，符合则得出最优解，不符合则对粒子的速度和位置进行更新后重新寻找最优解，同时预设温差变化策略和定义粒子更新规则，当温度变化满足温差变化策略时，对粒子的速度和位置进行更新并重新定义适应度值以重新寻找最优解；
步骤S4：将评估出的具有最佳适应度值的粒子作为当前的修正误差补偿方案的局部最优解并得出实施补偿值，并与同测温区域的期望补偿值的适应阈值范围进行校对，若实施补偿值均在适应阈值范围内则判别局部最优解有效，并将所有测温区域的局部最优解的集合作为陀螺仪本体的全局最优解，并将全局最优解中的补偿修正参数的实施补偿值应用至陀螺仪本体进行误差补偿修正，同时保持对温差变化的监测用以保持全局最优解的实时更新。
在现有技术中，对温度漂移进行校准补偿主要采用动态校准法，通过在实际运行中定期或连续地获取陀螺输出和环境温度数据，然后根据这些数据实时调整校准参数，但是当陀螺仪暴露在不均匀的温度场中，因为有温度变化的存在，使得用常规的动态校准法会比较难以准确考虑温度的梯度效应，在存在变化温度或温差梯度的情况下，温度漂移可能会更加复杂，不同位置的温度漂移可能呈现不同的趋势；同时温度变化或温差梯度可能导致不同位置陀螺的温度漂移存在差异，而动态校准通常是基于全局环境温度来进行参数调整的，这可能导致在某些局部区域补偿效果不佳。因此本发明提供一种半球谐振陀螺仪的温漂误差修正补偿方法，解决现有方法中半球谐振陀螺仪温度漂移误差补偿在具有变化或梯度温度的环境中补偿效果不佳的问题。
进一步地，所述粒子的位置表示修正误差补偿方案中补偿修正参数的数值大小，所述粒子的速度表示修正误差补偿方案中补偿修正参数的变化量和变化速率。
进一步地，所述适应度值的评估内容包括误差补偿性能和温差影响度；所述误差补偿性能包括评估补偿修正参数是否减小陀螺仪本体的温漂误差和减少温度变化导致的波动，并评估温度在超过温差变化策略时粒子更新规则对粒子进行调整的响应时间；所述温差影响度包括在温度梯度变化下评估陀螺仪本体输出的波动情况是否超出稳定值，同时判断粒子群最新找寻出的最优解是否符合当前各测温区域变化后温度下的温度漂移误差。
进一步地，所述测温区域包括空间区块和组成结构；所述空间区块的划分为：将陀螺仪本体划分为上、中、下三个测温层，每个测温层按照陀螺仪本体的内部和外部分为两个测温区间；在每个测温区间内的测温点位置及对应测温值大小分别能以坐标点和温度变量值的形式表示，且均每个测温点均设有对应的补偿修正参数的期望补偿值基准值；所述组成结构的划分为：将陀螺仪本体划分为电子组件和支撑壳体，并根据电子组件中每个元件和支撑壳体中每个连接块的特性预设补偿性能要求，包括温度测量所需的范围、精度、灵敏度和响应时间，并根据热传导程度调整测温点的密集度，同时对每个测温点分别设置有对应的补偿修正参数的期望补偿值基准值。
进一步地，所述陀螺仪本体中的空间区块和组成结构的温度监测，分别在陀螺仪本体的低频工作模式和陀螺仪本体的高频工作模式下保持监测。
进一步地，所述温差监测策略的建立方法包括：
步骤A1：对不同测温区间内的电子组件和支撑壳体分别预设工作温度基准值，在温度轴上沿工作温度基准值的数值增加和减少方向均设置第一范围阈值和第二范围阈值，并将两个第一范围阈值之间的值域设为第一管理值域，将第一范围阈值与第二范围阈值之间的值域设为第二管理值域，将数值大于增加方向的第二范围阈值和小于减小方向的第二范围阈值的值域均设为第三管理值域；
步骤A2：在陀螺仪本体一次运转周期中的多个不同时间段，对空间区块中各个测温区间的多个位置同时进行温度采集，将采集的温度数据记录并进行滤波和去除异常值处理，并建立三维温度场并置于空间直角坐标系中，将采集到的温度数据以坐标轴形式显示在三维温度场中以表示该位置采集的温度值；
步骤A3：每次在各个测温区间内将采集到的温度数据取平均值后进行数值对比，当温度数据在第一管理值域内时，判别为当前陀螺仪本体在温漂误差补偿的正常温度范围内；当温度数据在第二管理值域内时，判别为可能存在温度漂移误差补偿出现偏差，针对此类测温区间进行初始化粒子群以找寻参数补偿的全局最优解；当温度数据在第三管理值域内时判别为超出可修正范围，不进行误差补偿修正且通过人工判别是否需要停止陀螺仪本体。
进一步地，所述粒子更新规则的内容包括：
陀螺仪本体误差模型更新：包括对陀螺仪本体的补偿修正参数大小进行调整，并对预设的误差模型进行重新选择并对其中的误差参数进校准，其中所述补偿修正参数包括陀螺仪本体的物理特性参数、结构特性参数和误差模型参数；
陀螺仪输出数据更新：包括对陀螺仪本体实际输出数据和测量角速度数据进行误差分析，并定义用于量化陀螺仪本体性能的参数指标以确定实际性能与期望性能之间的差异；
粒子速度与位置更新：基于在上一次局部最优解中的粒子当前位置、历史最佳位置、全局最佳位置和适应度值来更新下一次寻找最优解的粒子速度，并基于上一次局部最优解的粒子当前速度和粒子当前位置来更新下一次寻找最优解的粒子位置。
进一步地，所述温差变化策略包括各测温区域内的变化幅度策略、变化速率策略以及周期性更新策略；所述变化幅度策略和变化速率策略均包括绝对变化阈值、相对变化阈值和滞后阈值；所述周期性更新策略包括固定时间点更新和周期性检验更新。
本发明与现有技术相比，在具有温度变化的温度场中，相对于常规的动态校准法，将半球谐振陀螺仪的内部区域和外部区域分别设立测温区，并使用粒子群优化的方式进行温漂误差补偿修正，能够在较短的时间内找到最优参数，具有更精准的温漂误差补偿效果和更好的补偿实时性，同时能够减少人工干预，提升最佳参数值的补偿效率，节省时间成本和提高半球谐振陀螺仪的稳定性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明方法流程框图；
图2为本发明温差监测策略中温度轴的结构示意图；
图3为本发明粒子群优化流程图；
附图中标记及对应的零部件名称：
A-工作温度基准值，B-第一范围阈值，C-第二范围阈值，L-第一管理值域，M-第二管理值域，N-第三管理值域，T-温度值。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本实施例为一种半球谐振陀螺仪的温漂误差修正补偿方法，该方法包括：
步骤S1：建立空间直角坐标系，在具有温度变化的温度场内按照预设的坐标点密度收集陀螺仪本体上多个位置的实际温度值，通过陀螺仪本体在温度场内的运转收集当前温漂误差补偿的量化初始数值，并将陀螺仪本体划分出多个保持周期性温度监测的测温区域并建立温差监测策略，根据温差监测策略评估陀螺仪本体当前的温度状态。
步骤S2：在当前温差变化下参照量化初始数值，设定修正每个测温区域内温漂误差补偿所需的补偿修正参数的期望补偿值，并设置期望补偿值的适应阈值范围；设立用于表示修正误差补偿方案的粒子，每个修正误差补偿方案对应至少一组期望补偿值，并根据不同测温区域的当前实际监测的温度值来定义该区域内粒子对应的适应度值，用以表示温漂误差和梯度效应的影响幅度和所需的期望补偿值。
步骤S3：初始化粒子群，其中每个粒子均设有至少一组补偿修正参数的实施补偿值，将每个测温区域中随机生成的全部粒子的实施补偿值与当前测温区域中的期望补偿值进行比对以确认是否在适应阈值范围内，符合则得出最优解，不符合则对粒子的速度和位置进行更新后重新寻找最优解，同时预设温差变化策略和定义粒子更新规则，当温度变化满足温差变化策略时，对粒子的速度和位置进行更新并重新定义适应度值以重新寻找最优解。
步骤S4：将评估出的具有最佳适应度值的粒子作为当前的修正误差补偿方案的局部最优解并得出实施补偿值，并与同测温区域的期望补偿值的适应阈值范围进行校对，若实施补偿值均在适应阈值范围内则判别局部最优解有效，并将所有测温区域的局部最优解的集合作为陀螺仪本体的全局最优解，并将全局最优解中的补偿修正参数的实施补偿值应用至陀螺仪本体进行误差补偿修正，同时保持对温差变化的监测用以保持全局最优解的实时更新。
建立空间直角坐标系并分布测温点，有助于对陀螺仪本体内的温度分布进行更精确的监测，这提供了更详细的温度信息，可以用于更准确的误差补偿。通过在不同位置布置测温点，可以捕捉到温度场内的温度梯度，这些数据可用于建立温度场模型，帮助理解温度在不同位置和方向上的变化。所述测温点分布有助于评估温度场的稳定性，这可以帮助确定温度梯度的变化情况，以及何时需要重新优化误差补偿修正参数。在实际运用中，所述测温点的坐标密度的预设可结合温度场的平均变化速率，变化越快则需要预设越密集的测温点以便及时捕捉到更精确的温度快速变化；还需考虑陀螺仪本体的敏感性和测温成本，例如需要在陀螺仪本体上的温度变化对性能影响较大的区域设置更多坐标点用于监控测温。所述温漂误差补偿的量化初始数值为使用常规的动态校准法进行温漂误差补偿的参数校准数据。
所述期望补偿值表示在某一个特定测温坐标上的每个粒子所需要达到的修正误差补偿方案中所涉及的补偿值参数设置，即用于表示在结合初始采用动态校准法进行温漂误差补偿修正参数后，进行预设的能够实现在当前变化温度场内的温漂误差补偿修正的所预期的补偿值参数设置。所述期望补偿值的适应阈值范围用于为粒子群最优解找寻的补偿修正参数在能够实现误差补偿优化的基础上，提供一定的可兼容范围，避免出现因目标要求精确度过高导致长时间难以找寻到合适的最优解。所述实施补偿值表示找寻出最优解后每个粒子表示的修正误差补偿方案中的实际补偿修正参数值。当实际补偿参数值满足适应阈值范围
其中，如图3所示，所述粒子的位置表示修正误差补偿方案中补偿修正参数的数值大小，所述粒子的速度表示修正误差补偿方案中补偿修正参数的变化量和变化速率。粒子的位置在搜索空间中表示了不同补偿修正参数值的候选解，这使得粒子可以在参数空间内探索不同的补偿策略，从而有助于找到最优的误差补偿方案。粒子的速度表示了补偿修正参数值的变化量和变化速率，通过更新速度，粒子可以朝着更优的解决方案方向移动，速度的变化速率控制了粒子在搜索空间中的探索步伐，可以控制搜索的收敛速度。粒子群优化结合了全局搜索和局部搜索的特性，位置的设置允许粒子在整个参数空间内进行全局搜索，以找到潜在的修正误差补偿方案的最优解。速度的变化可以帮助粒子更快地收敛到局部最优解。当找到更好的解决方案时，粒子可以迅速调整其位置和速度，通过自适应性以进一步改进性能。
进一步地，作为一种可行的实施方式，所述适应度值的评估内容包括误差补偿性能和温差影响度；所述误差补偿性能包括评估补偿修正参数是否减小陀螺仪本体的温漂误差和减少温度变化导致的波动，并评估温度在超过温差变化策略时粒子更新规则对粒子进行调整的响应时间；所述温差影响度包括在温度梯度变化下评估陀螺仪本体输出的波动情况是否超出稳定值，同时判断粒子群最新找寻出的最优解是否符合当前各测温区域变化后温度下的温度漂移误差。所述误差补偿性能用于衡量陀螺仪误差补偿方案的质量和效果，适应度值中的误差补偿性能指标用于评估陀螺仪本体在不同温度条件下的测量准确性和稳定性。通过优化误差补偿性能，粒子群将更有可能找到最优的误差补偿修正参数设置，这有助于改善陀螺仪在温度变化环境下的性能，提高测量的准确性。所述温差影响度用于量化温度对陀螺仪本体性能的影响程度，这个指标反映了陀螺仪在不同温度条件下的敏感性，即温度变化对陀螺仪的性能产生的影响。通过优化温差影响度，粒子群可以帮助减少温度对陀螺仪的负面影响。这意味着在不同温度条件下，陀螺仪的性能更加稳定和可靠，减少了测量误差。
更多地，在具体实施中，所述补偿修正参数主要包括增益参数和偏移参数。所述增益参数可用于控制误差补偿的增益或放大倍数，增益参数用于调整陀螺仪输出的角速度信号，以减小温度引起的漂移误差，这可以是一个或多个增益参数，每个对应于不同的轴或温度条件；同时可以根据温度变化的程度和方向来调整不同轴上的增益参数，例如在温度变化较大的轴上，可能需要较大的增益，可以根据温度条件的不同来调整，以增强或减小误差补偿的效果。所述偏移参数用于校准温度引起的零漂，即在不受外部影响时陀螺仪输出的偏移，通过补偿零漂误差来提高温度下的测量准确性；并且还能够用于校准或调整陀螺仪的输出，它们可以用来校准温度引起的偏移，以保持测量的准确性。
进一步地，作为一种可行的实施方式，所述测温区域包括空间区块和组成结构；所述空间区块的划分为：将陀螺仪本体划分为上、中、下三个测温层，每个测温层按照陀螺仪本体的内部和外部分为两个测温区间；在每个测温区间内的测温点位置及对应测温值大小分别能以坐标点和温度变量值的形式表示，且均每个测温点均设有对应的补偿修正参数的期望补偿值基准值；所述组成结构的划分为：将陀螺仪本体划分为电子组件和支撑壳体，并根据电子组件中每个元件和支撑壳体中每个连接块的特性预设补偿性能要求，包括温度测量所需的范围、精度、灵敏度和响应时间，并根据热传导程度调整测温点的密集度，同时对每个测温点分别设置有对应的补偿修正参数的期望补偿值基准值。上述测温区域的划分方式允许对半球谐振陀螺仪的温度进行细致的监测。每个空间区块和组成结构都可以独立监测其温度变化，这有助于更准确地了解温度场的分布。通过划分为上中下层和内外部的测温区间，能够高效地识别温度梯度的方向和变化，有助于理解温度场的动态特性和校准误差补偿参数。同时通过根据不同区块和结构的温度数据来调整误差补偿参数，可以最大程度地提高半球谐振陀螺仪的性能，能够更有效地监测和校准温度引起的误差，可以降低半球谐振陀螺仪的温漂误差，从而提高其测量精度和稳定性。
其中，作为一种优选的实施方式，所述陀螺仪本体中的空间区块和组成结构的温度监测，分别在陀螺仪本体的低频工作模式和陀螺仪本体的高频工作模式下保持监测。通过监测陀螺仪在不同温度下的工作模式，对低频和高频工作模式下的温度进行监测，可以将两种工作模式下的优化问题视为两个独立的子问题，并能够预估温度对陀螺仪精度、稳定性和响应时间等方面的影响。低频工作模式下的监测主要用于静态误差校准和温度稳定性评估，而高频工作模式下的监测则用于实时动态误差补偿和性能优化。这种分别监测不同工作模式下的温度有助于半球谐振陀螺仪在不同工作条件下维持高精度和可靠性。在低频工作模式下监测温度有助于评估陀螺仪在稳态条件下的温度稳定性。这有助于确定陀螺仪在不同温度下的零漂情况，同时低频监测提供了基准温度数据，能够用于计算陀螺仪的零漂偏移，以及用于校准和修正温度引起的误差。而在高频工作模式下监测温度有助于捕捉温度的动态变化，例如温度梯度和快速变化，同时高频监测提供了用于动态误差补偿的实时温度信息，这可以用于校准陀螺仪输出，以消除温度引起的动态误差。
进一步地，如图2所示，作为一种可行的实施方式，所述温差监测策略的建立方法包括：
步骤A1：对不同测温区间内的电子组件和支撑壳体分别预设工作温度基准值，在温度轴上沿工作温度基准值的数值增加和减少方向均设置第一范围阈值和第二范围阈值，并将两个第一范围阈值之间的值域设为第一管理值域，将第一范围阈值与第二范围阈值之间的值域设为第二管理值域，将数值大于增加方向的第二范围阈值和小于减小方向的第二范围阈值的值域均设为第三管理值域；
步骤A2：在陀螺仪本体一次运转周期中的多个不同时间段，对空间区块中各个测温区间的多个位置同时进行温度采集，将采集的温度数据记录并进行滤波和去除异常值处理，并建立三维温度场并置于空间直角坐标系中，将采集到的温度数据以坐标轴形式显示在三维温度场中以表示该位置采集的温度值；
步骤A3：每次在各个测温区间内将采集到的温度数据取平均值后进行数值对比，当温度数据在第一管理值域内时，判别为当前陀螺仪本体在温漂误差补偿的正常温度范围内；当温度数据在第二管理值域内时，判别为可能存在温度漂移误差补偿出现偏差，针对此类测温区间进行初始化粒子群以找寻参数补偿的全局最优解；当温度数据在第三管理值域内时判别为超出可修正范围，不进行误差补偿修正且通过人工判别是否需要停止陀螺仪本体。
所述温差监测策略的建立方法允许对陀螺仪周围环境的温度动态变化进行实时监测，左右两侧的值域反映了温度梯度的方向和变化趋势；并且允许在实时监测到的温度条件下执行精确的误差校准，以提高半球谐振陀螺仪的性能和稳定性。它充分利用了温度信息，以确保陀螺仪的输出在不同温度条件下保持准确。左右两侧的值域反映了温度梯度的方向和变化趋势。在监测到的温度值在可修正补偿值域内时，可以实时执行误差校准，即修正陀螺仪输出以消除温度引起的误差，这有助于提高陀螺仪的测量准确性，并且通过在特定温度范围内进行修正，可以减小温度对陀螺仪性能的影响，降低温漂误差。
进一步地，作为一种可行的实施方式，所述粒子更新规则的内容包括：
陀螺仪本体误差模型更新：包括对陀螺仪本体的补偿修正参数大小进行调整，并对预设的误差模型进行重新选择并对其中的误差参数进校准，其中所述补偿修正参数包括陀螺仪本体的物理特性参数、结构特性参数和误差模型参数。在每次迭代中，粒子群会根据当前的误差补偿参数，更新陀螺仪本体误差模型，这可以是根据温度变化模型的变化或其他相关模型的更新。通过更新误差模型，系统可以更准确地估计温度对陀螺仪性能的影响，并且提高了误差校准的准确性，使陀螺仪更好地适应温度变化，降低温漂误差。
陀螺仪输出数据更新：包括对陀螺仪本体实际输出数据和测量角速度数据进行误差分析，并定义用于量化陀螺仪本体性能的参数指标以确定实际性能与期望性能之间的差异。在具体运用中，粒子群中的每个粒子会在当前的误差补偿参数下模拟陀螺仪的输出数据，考虑温度变化等因素，这些模拟的输出数据将用于评估粒子的适应度值，以衡量其性能。通过对陀螺仪输出数据保持更新，实时监测陀螺仪的输出数据，包括温度下的性能表现，通过及时获取输出数据，系统可以及时响应温度变化，从而减小温度引起的误差，提高测量准确性。
粒子速度与位置更新：基于在上一次局部最优解中的粒子当前位置、历史最佳位置、全局最佳位置和适应度值来更新下一次寻找最优解的粒子速度，并基于上一次局部最优解的粒子当前速度和粒子当前位置来更新下一次寻找最优解的粒子位置。根据粒子适应度值和群体中的最佳解，粒子群会更新每个粒子的速度和位置；更新速度和位置的规则通常包括考虑当前速度、位置、个体最优解和全局最优解等因素，以寻找更优的误差补偿参数。根据陀螺仪输出数据和误差模型，能够调整粒子的速度和位置以搜索最优误差补偿参数，通过不断优化粒子的速度和位置，系统可以更快地找到最优误差补偿参数，提高参数搜索的效率和准确性。
进一步地，作为一种可行的实施方式，所述温差变化策略包括各测温区域内的变化幅度策略、变化速率策略以及周期性更新策略；所述变化幅度策略和变化速率策略均包括绝对变化阈值、相对变化阈值和滞后阈值；所述周期性更新策略包括固定时间点更新和周期性检验更新。所述变化幅度策略有助于探索参数空间中更广泛的范围，避免陷入局部最优解，同时允许粒子在一次迭代中更大程度地改变其位置，从而提高了全局搜索的效率。
其中，所述绝对变化阈值指在温度变化过程中，温度值的绝对变化幅度，当绝对变化幅度超过一个事先定义好的阈值时，触发粒子的更新。例如在具体实施中可以设定一个温度变化幅度的阈值，当温度上升或下降超过该阈值时触发更新。所述相对变化阈值指温度变化相对于当前温度值的百分比或比例，当相对变化幅度超过某个百分比阈值时，触发粒子的更新。这可以考虑温度的绝对值，使其更具通用性。所述滞后阈值用于使得温度场中的温度变化必须在一段时间内保持在某个幅度以上才会触发更新。所述变化速率策略可以根据当前粒子的性能和目标来动态调整粒子速度，以更好地探索最优解的区域。所述周期性更新策略通过定期调整粒子群的行为，可以防止粒子陷入局部最优解，并保持全局搜索的多样性。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种半球谐振陀螺仪的温漂误差修正补偿方法，其特征在于，该方法包括：
步骤S1：建立空间直角坐标系，在具有温度变化的温度场内按照预设的坐标点密度收集陀螺仪本体上多个位置的实际温度值，通过陀螺仪本体在温度场内的运转收集当前温漂误差补偿的量化初始数值，并将陀螺仪本体划分出多个保持周期性温度监测的测温区域并建立温差监测策略，根据温差监测策略评估陀螺仪本体当前的温度状态；
步骤S2：在当前温差变化下参照量化初始数值，设定修正每个测温区域内温漂误差补偿所需的补偿修正参数的期望补偿值，并设置期望补偿值的适应阈值范围；设立用于表示修正误差补偿方案的粒子，每个修正误差补偿方案对应至少一组期望补偿值，并根据每个测温区域的当前实际监测的温度值来定义每个测温区域内粒子对应的适应度值，用以表示温漂误差和梯度效应的影响幅度和所需的期望补偿值；
步骤S3：初始化粒子群，其中每个粒子均设有至少一组补偿修正参数的实施补偿值，将每个测温区域中随机生成的全部粒子的实施补偿值与当前测温区域中的期望补偿值进行比对以确认是否在适应阈值范围内，符合则得出最优解，不符合则对粒子的速度和位置进行更新后重新寻找最优解，同时预设温差变化策略和定义粒子更新规则，当温度变化满足温差变化策略时，对粒子的速度和位置进行更新并重新定义适应度值以重新寻找最优解；
步骤S4：将评估出的具有最佳适应度值的粒子作为当前的修正误差补偿方案的局部最优解并得出实施补偿值，并与同测温区域的期望补偿值的适应阈值范围进行校对，若实施补偿值均在适应阈值范围内则判别局部最优解有效，并将所有测温区域的局部最优解的集合作为陀螺仪本体的全局最优解，并将全局最优解中的补偿修正参数的实施补偿值应用至陀螺仪本体进行误差补偿修正，同时保持对温差变化的监测用以保持全局最优解的实时更新。
2.根据权利要求1所述的一种半球谐振陀螺仪的温漂误差修正补偿方法，其特征在于，所述粒子的位置表示修正误差补偿方案中补偿修正参数的数值大小，所述粒子的速度表示修正误差补偿方案中补偿修正参数的变化量和变化速率。
3.根据权利要求1所述的一种半球谐振陀螺仪的温漂误差修正补偿方法，其特征在于，所述适应度值的评估内容包括误差补偿性能和温差影响度；
所述误差补偿性能包括评估补偿修正参数是否减小陀螺仪本体的温漂误差和减少温度变化导致的波动，并评估温度在超过温差变化策略时粒子更新规则对粒子进行调整的响应时间；
所述温差影响度包括在温度梯度变化下评估陀螺仪本体输出的波动情况是否超出稳定值，同时判断粒子群最新找寻出的最优解是否符合当前各测温区域变化后温度下的温度漂移误差。
4.根据权利要求1所述的一种半球谐振陀螺仪的温漂误差修正补偿方法，其特征在于，所述测温区域包括空间区块和组成结构；
所述空间区块的划分为：将陀螺仪本体划分为上、中、下三个测温层，每个测温层按照陀螺仪本体的内部和外部分为两个测温区间；在每个测温区间内的测温点位置及对应测温值大小分别能以坐标点和温度变量值的形式表示，且均每个测温点均设有对应的补偿修正参数的期望补偿值基准值；
所述组成结构的划分为：将陀螺仪本体划分为电子组件和支撑壳体，并根据电子组件中每个元件和支撑壳体中每个连接块的特性预设补偿性能要求，包括温度测量所需的范围、精度、灵敏度和响应时间，并根据热传导程度调整测温点的密集度，同时对每个测温点分别设置有对应的补偿修正参数的期望补偿值基准值。
5.根据权利要求4所述的一种半球谐振陀螺仪的温漂误差修正补偿方法，其特征在于，所述陀螺仪本体中的空间区块和组成结构的温度监测，分别在陀螺仪本体的低频工作模式和陀螺仪本体的高频工作模式下保持监测。
6.根据权利要求4所述的一种半球谐振陀螺仪的温漂误差修正补偿方法，其特征在于，所述温差监测策略的建立方法包括：
步骤A1：对不同测温区间内的电子组件和支撑壳体分别预设工作温度基准值，在温度轴上沿工作温度基准值的数值增加和减少方向均设置第一范围阈值和第二范围阈值，并将两个第一范围阈值之间的值域设为第一管理值域，将第一范围阈值与第二范围阈值之间的值域设为第二管理值域，将数值大于增加方向的第二范围阈值和小于减小方向的第二范围阈值的值域均设为第三管理值域；
步骤A2：在陀螺仪本体一次运转周期中的多个不同时间段，对空间区块中各个测温区间的多个位置同时进行温度采集，将采集的温度数据记录并进行滤波和去除异常值处理，并建立三维温度场并置于空间直角坐标系中，将采集到的温度数据以坐标轴形式显示在三维温度场中以表示该位置采集的温度值；
步骤A3：每次在各个测温区间内将采集到的温度数据取平均值后进行数值对比，当温度数据在第一管理值域内时，判别为当前陀螺仪本体在温漂误差补偿的正常温度范围内；当温度数据在第二管理值域内时，判别为存在温度漂移误差补偿出现偏差，针对此类测温区间进行初始化粒子群以找寻参数补偿的全局最优解；当温度数据在第三管理值域内时判别为超出可修正范围，不进行误差补偿修正且通过人工判别是否需要停止陀螺仪本体。
7.根据权利要求1所述的一种半球谐振陀螺仪的温漂误差修正补偿方法，其特征在于，所述粒子更新规则的内容包括：
陀螺仪本体误差模型更新：包括对陀螺仪本体的补偿修正参数大小进行调整，并对预设的误差模型进行重新选择并对其中的误差参数进校准，其中所述补偿修正参数包括陀螺仪本体的物理特性参数、结构特性参数和误差模型参数；
陀螺仪输出数据更新：包括对陀螺仪本体实际输出数据和测量角速度数据进行误差分析，并定义用于量化陀螺仪本体性能的参数指标以确定实际性能与期望性能之间的差异；
粒子速度与位置更新：基于在上一次局部最优解中的粒子当前位置、历史最佳位置、全局最佳位置和适应度值来更新下一次寻找最优解的粒子速度，并基于上一次局部最优解的粒子当前速度和粒子当前位置来更新下一次寻找最优解的粒子位置。
8.根据权利要求1所述的一种半球谐振陀螺仪的温漂误差修正补偿方法，其特征在于，所述温差变化策略包括各测温区域内的变化幅度策略、变化速率策略以及周期性更新策略；所述变化幅度策略和变化速率策略均包括绝对变化阈值、相对变化阈值和滞后阈值；所述周期性更新策略包括固定时间点更新和周期性检验更新。
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