一种基于模糊控制和高斯过程的半球谐振陀螺温补方法技术

本发明专利技术公开了一种基于模糊控制和高斯过程的半球谐振陀螺温补方法，根据温度值和温度变化率将半球谐振陀螺仪的工作区间划分为若干个不同的温度区间；在每个温度区间内分别建立高斯过程模型；采集当前时刻的半球谐振陀螺仪谐振子的谐振频率，并根据谐振频率计算谐振子的谐振频率变化率；根据谐振频率和谐振频率变化率计算当前时刻对各个温度区间的隶属度，且确定每个高斯过程模型对应的第一预测零偏值；根据每个第一预测零偏值及其对应的隶属度计算得到当前时刻的第二预测零偏值，并基于该第二预测零偏值对半球谐振陀螺仪的输出角度进行优化。本发明专利技术通过建立高斯过程模型，并根据极大似然估计预测陀螺零偏，能取得更好的预测效果。测效果。测效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊控制和高斯过程的半球谐振陀螺温补方法


[0001]本专利技术属于半球谐振陀螺仪的温度补偿
，尤其涉及一种基于模糊控制和高斯过程的半球谐振陀螺温补方法。

技术介绍

[0002]半球谐振陀螺仪是用来测量载体角速度部件，在使用过程中，外界环境温度的变化作用于半球谐振陀螺仪，造成的漂移十分复杂。半球谐振陀螺仪的材料性能、谐振子结构尺寸和元件(包含了激励器、电容传感器、谐振子等)的固有频率等都会发生微小的变化，都会导致半球谐振陀螺仪输出产生漂移，最终使得半球谐振陀螺的检测精度下降。因此，对半球谐振陀螺仪的温度漂移建模和补偿是非常必要的。
[0003]在半球谐振陀螺仪的温度补偿中，传统的回归建模方法是最小二乘建模和分段建模相结合。最小二乘法旨在通过最小二乘法建立陀螺零偏与温度相关变量(如温度和温度的变化率)的最小二乘模型，再根据得到的模型预测在不同温度条件下陀螺的零偏，进而对零偏进行补偿。
[0004]但是，最小二乘法是一种线性的拟合方法，不能很好地表征半球谐振陀螺仪零偏与温度之间复杂的非线性关系，误差较大。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于模糊控制和高斯过程的半球谐振陀螺温补方法，采用高斯过程回归的建模方法取代最小二乘法，降低了半球谐振陀螺仪零偏，降低了检测误差。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：一种基于模糊控制和高斯过程的半球谐振陀螺温补方法，包括以下步骤：
[0007]根据温度值和温度变化率将半球谐振陀螺仪的工作区间划分为若干个不同的温度区间；
[0008]在每个温度区间内分别建立高斯过程模型；
[0009]采集当前时刻的半球谐振陀螺仪谐振子的谐振频率，并根据谐振频率计算谐振子的谐振频率变化率；
[0010]根据谐振频率和谐振频率变化率计算当前时刻对各个温度区间的隶属度，且基于每个温度区间的高斯过程模型，以谐振频率和谐振频率变化率为输入信息，确定每个高斯过程模型对应的第一预测零偏值；
[0011]根据每个第一预测零偏值及其对应的隶属度计算得到当前时刻的第二预测零偏值，并基于该第二预测零偏值对半球谐振陀螺仪的输出角度进行优化。
[0012]进一步地，根据温度值和温度变化率将半球谐振陀螺仪的工作区间划分为若干个不同的温度区间包括：
[0013]根据温度值和温度变化率将半球谐振陀螺仪的工作区间划分为低温快降段、低温
慢降段、低温慢升段、低温快升段、高温快降段、高温慢降段、高温慢升段和高温快升段。
[0014]进一步地，在每个温度区间内分别建立高斯过程模型包括：
[0015]在每个温度区间内采集若干组数据集；其中，每组数据集均包括谐振子的谐振频率和谐振频率变化率；
[0016]根据若干组数据集建立高斯过程模型。
[0017]进一步地，根据若干组数据集建立高斯过程模型之前还包括：
[0018]对每组数据集依次进行z
‑
score标准化和滑动平均滤波。
[0019]进一步地，根据谐振频率和谐振频率变化率计算当前时刻对各个温度区间的隶属度包括：
[0020]U
X,y
＝m
X
×
n
y
，
[0021]其中，U
X,y
为当前时刻对各个温度区间的隶属度，X∈{A,B}，y∈{a,b,c,d}，m
X
为当前时刻对高温段和低温段的隶属度，n
y
为当前时刻对快降段、慢降段、慢升段和快升段的隶属度。
[0022]进一步地，确定每个高斯过程模型对应的第一预测零偏值包括：
[0023][0024]其中，m
*
为第一预测零偏值，k(x
n
,x
*
)表示高斯核，x
n
表示第n个采样点的谐振频率和谐振频率变化率，表示当前时刻的谐振频率，表示当前时刻的谐振频率变化率，K
n
表示核函数，表示核函数，表示第n个采样点的高斯白噪声，I
n
为n阶的单位矩阵，y为采样点集的零偏值向量。
[0025]进一步地，高斯核为：
[0026][0027]其中，x
i
(h)为向量x
i
的第h个分量，x
j
(h)为向量x
j
的第h个分量，d为自变量的维度，和l
h
均为超参数，l
h
包含l1和l2两个特征长度尺标。
[0028]进一步地，根据每个第一预测零偏值及其对应的隶属度计算得到当前时刻的第二预测零偏值包括：
[0029][0030]其中，为第二预测零偏值，U
Aa
为低温快降段的隶属度，为低温快降段的高斯过程模型输出的第一预测零偏值，U
Ab
为低温慢降段的隶属度，为低温慢降段的高斯过程模型输出的第一预测零偏值，U
Bd
为高温快升段的隶属度，为高温快升段的高斯过程
模型输出的第一预测零偏值。
[0031]本专利技术的另一种技术方案：一种基于模糊控制和高斯过程的半球谐振陀螺温补装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的一种基于模糊控制和高斯过程的半球谐振陀螺温补方法。
[0032]本专利技术的有益效果是：本专利技术半球谐振陀螺仪的工作区间划分为若干个不同的温度区间，通过对每一温度区间数据均匀的取样，建立高斯过程模型，并根据极大似然估计预测陀螺零偏，能取得更好的预测效果。
附图说明
[0033]图1为本专利技术实施例中滑动平均滤波原理图；
[0034]图2为本专利技术实施例中对高温段和低温段的隶属度示意图；
[0035]图3为本专利技术实施例中对快降段、慢降段、慢升段和快升段的隶属度示意图；
[0036]图4为本专利技术验证实施例中温度变化率将其分为低温快升、高温慢升以及慢降三个阶段划分结果示意图；
[0037]图5为本专利技术验证实施例方法对半球谐振陀螺仪进行温度补偿效果示意图。
具体实施方式
[0038]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0039]由于半球谐振陀螺仪内部温度场难以直接测得，但谐振频率会影响温度的变化，故本专利技术中建立的都是零偏与温度模型。由于半球谐振陀螺仪参数对于温度有迟滞效应，陀螺在升温段与降温段拥有不同的特性，故需要采用分段建模的建模策略。对于分段建模来说是在最小二乘的基础之上将陀螺的工作区间分为，升温段和降温段，进而提升模型的精度。
[0040]对于每一个区间的交接处采用模糊判别的方法，使得零漂在不同温度区间平稳过渡，同时由于对温度区间进行了更加精确的划分使得每一段的模型都更加精确。
[0041]对于分段建模的策略来说，由于升温段与降温段的模型可能存在有较大差异，对于从升温段到降温段这一过程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊控制和高斯过程的半球谐振陀螺温补方法，其特征在于，包括以下步骤：根据温度值和温度变化率将半球谐振陀螺仪的工作区间划分为若干个不同的温度区间；在每个所述温度区间内分别建立高斯过程模型；采集当前时刻的半球谐振陀螺仪谐振子的谐振频率，并根据所述谐振频率计算谐振子的谐振频率变化率；根据所述谐振频率和谐振频率变化率计算当前时刻对各个所述温度区间的隶属度，且基于每个温度区间的高斯过程模型，以所述谐振频率和谐振频率变化率为输入信息，确定每个所述高斯过程模型对应的第一预测零偏值；根据每个所述第一预测零偏值及其对应的隶属度计算得到当前时刻的第二预测零偏值，并基于该第二预测零偏值对半球谐振陀螺仪的输出角度进行优化。2.如权利要求1所述的一种基于模糊控制和高斯过程的半球谐振陀螺温补方法，其特征在于，根据温度值和温度变化率将半球谐振陀螺仪的工作区间划分为若干个不同的温度区间包括：根据温度值和温度变化率将半球谐振陀螺仪的工作区间划分为低温快降段、低温慢降段、低温慢升段、低温快升段、高温快降段、高温慢降段、高温慢升段和高温快升段。3.如权利要求2所述的一种基于模糊控制和高斯过程的半球谐振陀螺温补方法，其特征在于，在每个所述温度区间内分别建立高斯过程模型包括：在每个所述温度区间内采集若干组数据集；其中，每组数据集均包括谐振子的谐振频率和谐振频率变化率；根据若干组所述数据集建立所述高斯过程模型。4.如权利要求3所述的一种基于模糊控制和高斯过程的半球谐振陀螺温补方法，其特征在于，根据若干组所述数据集建立所述高斯过程模型之前还包括：对每组所述数据集依次进行z
‑
score标准化和滑动平均滤波。5.如权利要求3所述的一种基于模糊控制和高斯过程的半球谐振陀螺温补方法，其特征在于，根据所述谐振频率和谐振频率变化率计算当前时刻对各个所述温度区间的隶属度包括：U
X,y
＝m
X
×
n
y
，其中，U
X,y
为当前时刻对各个所述温度区间的隶属度，X∈{A,B}，y∈{a,b,c,d}，m
X
为当前时刻对高温段和低温段的隶属度，n
y

【专利技术属性】
技术研发人员：王小旭，高璞，陈圳南，李华，刘明雍，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：