CN118010069B - 一种半球谐振陀螺仪的振动误差补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半球谐振陀螺仪的振动误差补偿方法，涉及陀螺仪技术领域，建立长度固定的用于实施加速阶段的时间轴，按时间轴在每条曲线上标注出静态场误差值的出现时点，陀螺仪置于目标应用的振动场中获取振动场加速度的平均总曲线，在每一次记录振动场加速度曲线的同时，将振动场内出现的达到振动参考值且对陀螺仪加速度产生影响的振动时点设为有效振动点，对有效振动点对应的振动场加速度值斜率和振动参数进行补偿修正。利用振动外力对加速度产生影响从而导致出现激励误差增量，针对有效振动点的加速度斜率和振动参数进行针对补偿修正，对陀螺仪在振动场中的运用具有明显提升修正误差补偿精确性和运用场景判断准确度的有益效果。

Description

一种半球谐振陀螺仪的振动误差补偿方法

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振动误差补偿方法。

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。随机误差是半球谐振陀螺仪的一种固有误差。它主要是由于半球谐振陀螺仪中的各种误差源所引起的。随机误差表现为在一段时间内，半球谐振陀螺仪的测量值会出现无规则的波动和不稳定性。这种误差难以完全消除，通常需要通过一些误差补偿技术来减小其对半球谐振陀螺仪精度的影响。在半球谐振陀螺仪进行加速度提升转速的初始化阶段校准过程中，当目标陀螺仪处于存在一定振动（如在振幅不大但偶发颠簸的平面或有少量振动频率的机壳上）的使用场景时，使得半球谐振陀螺仪虽然在低幅度或低频率振动下能够维持原有工作状态，但在加速阶段中的加速度可能受到一定幅度影响，这会导致谐振子出现共振，由于谐振子的振动特性的变化会传递到整个陀螺***中，这可能导致输出随机零点漂移误差；同时引起陀螺速率控制激励电极的随机性控制误差，这也容易额外导致陀螺仪出现额外漂移误差，使得现有技术中常用的随机误差补偿方案在输出测量结果时容易出现额外的补偿偏差，从而影响半球谐振陀螺仪的全局随机误差补偿的性能和精度。

发明内容

本发明提供一种半球谐振陀螺仪的振动误差补偿方法，解决半球谐振陀螺仪在振动环境下进行随机误差补偿过程中，可能因场景部分振动的影响导致全局随机误差出现额外漂移误差，从而导致常规误差补偿方法出现偏差的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种半球谐振陀螺仪的振动误差补偿方法，该方法包括：

步骤S1：建立长度固定的用于实施加速阶段的时间轴，在静态场中沿时间轴至少分别实施三次陀螺仪本体的初始误差补偿，在每次实施过程中按照时间轴记录静态场加速度曲线以记录陀螺仪本体的静态场加速度值，按时间轴在每条曲线上标注出静态场误差值的出现时点；

步骤S2：将所有静态场加速度曲线取平均值合并后设为静态场加速度总曲线，在总加速曲线上显示出所有实施次数内静态场误差值的出现时点，将静态场误差值离散点位置处的加速度值进行标注，选出其中的加速度数值最低值作为第一阈值用于限制振动场内的加速度值；

步骤S3：将陀螺仪本体置于目标应用的振动场中，同时对振动场内的振动参数预设振动参考值，沿时间轴运转陀螺仪本体至少三次，且每次记录振动场加速度曲线以记录陀螺仪本体的振动场加速度值，将所有振动场加速度曲线取平均值合并后设为振动场加速度总曲线；

步骤S4：在每一次记录振动场加速度曲线的同时，将振动场内出现的达到振动参考值的振动时点设为负反馈时点，并分别记录在对应的振动场加速度曲线上，对振动场加速度曲线的斜率设置第二阈值，沿负反馈时点左右两侧延伸并将延伸后的区间设置为第一判定区间；

步骤S5：在时间轴的第一判定区间内如果振动场加速度值斜率达到第二阈值及以上，则将该第一判定区间内的负反馈时点标注为有效振动点，并将全部有效振动点逐一进行数据记录，在时间轴上将振动场加速度总曲线上高于第一阈值的区间设为第二判定区间；

步骤S6：若第二判定区间与任一有效振动点的第一判定区间重合，则判别当前第二判定区间内存在振动干扰，对重合的有效振动点对应的振动场加速度值斜率和振动参数进行补偿修正；若第二判定区间与全部有效振动点的第一判定区间均无重合，则判别为无振动干扰。

当目标陀螺仪处于存在一定振动的使用场景时，使得半球谐振陀螺仪虽然在低幅度或低频率振动下能够维持原有工作状态，但在运动中的加速度可能受到一定幅度影响，这会导致谐振子出现形变或共振，因为谐振子的振动特性的变化会传递到整个陀螺***中，这可能导致输出随机零点漂移误差；同时引起陀螺速率控制激励电极的随机性控制误差，这也容易额外导致陀螺仪出现额外漂移误差，使得现有技术中常用的随机误差补偿方案在输出测量结果时容易出现额外的补偿偏差，从而影响半球谐振陀螺仪的全局随机误差补偿的性能和精度。基于此，本发明提供一种半球谐振陀螺仪的振动误差补偿方法，解决半球谐振陀螺仪在振动环境下进行随机误差补偿过程中，可能因场景部分振动的影响导致全局随机误差出现额外漂移误差，从而导致常规误差补偿方法出现偏差的问题。

进一步地，设置滑动窗口优化方法用于动态调整振动参考值，该方法过程包括：

构建包含初始振动参数的初始滑动窗口，根据陀螺仪本体的输出频率值设定滑动窗口的大小和滑步长度，在振动场内采集振动信号的时间序列数据，并从时间序列数据上提取振动参数，之后并将滑动窗口从数据序列起始位置以每个滑步长度为单位开始滑动；每个滑动窗口每次移动一个滑步时迭代一个新的滑动窗口，并将迭代后获取的振动参数覆盖于旧数据上。

进一步地，所述第二阈值的数值大于零，且当振动场加速度曲线的斜率小于零时，通过取绝对值后与第二阈值进行比对以判别有效振动点。

进一步地，设超过第二阈值的正斜率值为正超限值，设绝对值超过第二阈值的负斜率值为负超限值；设振动场加速度曲线斜率数值的集合包括由正超限值和零组成的第一集合、由负超限值和零组成的第二集合以及由正超限值、负超限值和零组成的第三集合。

进一步地，第一判定区间内的负反馈时点标注为有效振动点的情况类别包括：

若第一判定区间内的振动场加速度曲线斜率数值为第一集合，则判别陀螺仪本体为升增速状态，此时将当前第一判定区间内的有效振动点标记为增益振动点，并在当前第一判定区间的左端点处设置增益时间戳以记录升增速之前的振动场加速度值，并针对增益振动点结合增益时间戳与当前时刻的振动参数对振动场加速度值进行加速度降低补偿；

若第一判定区间内的振动场加速度曲线斜率数值为第二集合，则判别陀螺仪本体为降增速状态，此时将当前第一判定区间内的有效振动点标记为减益振动点，并在当前第一判定区间的左端点处设置减益时间戳以记录降增速之前的振动场加速度值，并针对增益振动点结合减益时间戳与当前时刻的振动参数对振动场加速度值进行加速度提升补偿；

若第一判定区间内的振动场加速度曲线斜率数值为第三集合，则判别陀螺仪本体同时存在升增速和降增速状态，此时将当前第一判定区间内的有效振动点标记为平衡振动点组，并在当前第一判定区间的左端点处和右端点处分别设置初端时间戳和末端时间戳且分别记录对应时刻的振动场加速度值，并针对平衡振动点组结合当前时刻的振动参数对振动场加速度值进行加速度校正补偿。

进一步地，在第一判定区间内若出现两组及以上的平衡振动点组，则所述第一判定区间内的有效振动点均记为出现一次平衡振动点组。

进一步地，设置谐振子优化模型以降低陀螺仪本体在振动场内因加速度变化导致的增量误差，其内容包括：

设置计算式以表示振动场内陀螺仪本体的谐振子参数，将振动场的激励值作为谐振子优化模型的外部输入，并利用实时采集的振动场加速度值对谐振子参数保持更新；当陀螺仪本体加速度提升时，提升谐振子反馈强度以抑制谐振子误差的影响；当陀螺仪本体加速度下降时，降低谐振子反馈强度以提升***动态跟随度。

进一步地，所述谐振子参数的计算式表示为：；

其中，t为时间轴上的时刻值，m为谐振子质量，C为谐振子模型的阻尼系数，k为表示谐振子刚度的弹簧常数，x(t)为谐振子位移量，表示在振动场中陀螺仪本体内的谐振子加速度，(dx ∕ dt)表示当前时刻的谐振子平均速度，F(t)为振动场内动态变化的激励函数。

本发明与现有技术相比，利用振动外力对加速度产生影响从而导致出现激励误差增量，设定第一阈值作为基准值，同时根据第二阈值找寻出有效振动点，针对有效振动点的加速度斜率和振动参数进行针对补偿修正，对半球谐振陀螺仪在振动场中的运用具有明显提升修正误差补偿精确性和运用场景判断准确度的优点和有益效果。

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为本发明流程框图；

图2为本发明流程结构示意图；

图3为本发明第一判定区间内加速度斜率数值为第一集合的曲线示意图；

图4为本发明第一判定区间内加速度斜率数值为第二集合的曲线示意图；

图5为本发明第一判定区间内加速度斜率数值为第三集合的曲线示意图。

附图中标记及对应名称：

A-增益振动点，A1-正超限值，B-初端时间戳，B1-初端时间戳的加速度值，C-末端时间戳，C1-末端时间戳的加速度值，D-减益振动点，D1-负超限值，E-增益时间戳，E1-增益时间戳的加速度值，F-减益时间戳，F1-减益时间戳的加速度值，T-时间轴，M-时间轴上的第一判定区间长度。

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-图2所示，本实施例为一种半球谐振陀螺仪的振动误差补偿方法，该方法包括：

步骤S1：建立长度固定的用于实施加速阶段的时间轴，在静态场中沿时间轴至少分别实施三次陀螺仪本体的初始误差补偿，在每次实施过程中按照时间轴记录静态场加速度曲线以记录陀螺仪本体的静态场加速度值，按时间轴在每条曲线上标注出静态场误差值的出现时点；

步骤S2：将所有静态场加速度曲线取平均值合并后设为静态场加速度总曲线，在总加速曲线上显示出所有实施次数内静态场误差值的出现时点，将静态场误差值离散点位置处的加速度值进行标注，选出其中的加速度数值最低值作为第一阈值用于限制振动场内的加速度值；

步骤S3：将陀螺仪本体置于目标应用的振动场中，同时对振动场内的振动参数预设振动参考值，沿时间轴运转陀螺仪本体至少三次，且每次记录振动场加速度曲线以记录陀螺仪本体的振动场加速度值，将所有振动场加速度曲线取平均值合并后设为振动场加速度总曲线；

步骤S4：在每一次记录振动场加速度曲线的同时，将振动场内出现的达到振动参考值的振动时点设为负反馈时点，并分别记录在对应的振动场加速度曲线上，对振动场加速度曲线的斜率设置第二阈值，沿负反馈时点左右两侧延伸并将延伸后的区间设置为第一判定区间；

步骤S5：在时间轴的第一判定区间内如果振动场加速度值斜率达到第二阈值及以上，则将该第一判定区间内的负反馈时点标注为有效振动点，并将全部有效振动点逐一进行数据记录，在时间轴上将振动场加速度总曲线上高于第一阈值的区间设为第二判定区间；

步骤S6：若第二判定区间与任一有效振动点的第一判定区间重合，则判别当前第二判定区间内存在振动干扰，对重合的有效振动点对应的振动场加速度值斜率和振动参数进行补偿修正；若第二判定区间与全部有效振动点的第一判定区间均无重合，则判别为无振动干扰。

半球谐振陀螺仪（HRG）是一种高精度惯性传感器，用于测量和记录物体的旋转信息。在常规工作过程中，陀螺仪在加速阶段主要进行初始化和校准，这包括校准传感器的零点漂移、温度变化等因素，以确保在操作过程中获得准确的旋转测量。同时陀螺仪会记录并分析其本体在运动中的加速度变化，以了解陀螺仪在不同动态环境下的性能和响应能力。加速阶段是执行误差补偿的关键时期。通过在静态场中进行初始误差补偿，并在振动场中进行进一步的误差补偿，可以最小化因加速度变化和其他环境因素引起的误差。在加速阶段，陀螺仪的性能将会受到挑战，因此对其性能进行评估是一个重要的步骤，这可能包括记录输出信号的稳定性、噪声水平、灵敏度等参数。另外，陀螺仪在加速阶段还可能置于振动场中进行测试，通过记录振动场中的陀螺仪响应，可以评估其在振动环境下的稳定性和性能。

在静态场的常规运转状态下，陀螺仪在加速阶段保持加速运行时，产生的主要误差主要包括角速度偏移误差和激励电极控制误差。由于陀螺仪本身的制造和装配过程中存在一些不可避免的非理想性，包括零漂、偏移等，导致角速度的测量值偏离真实值；而激励电极施加的电场可能在空间上不均匀，导致电场对陀螺仪的控制不够精确，从而产生误差。在静态场内先通过多次保持加速度下的常规误差补偿方法来获取用于振动场的加速度基准值，即获取第一阈值用于待陀螺仪本体进入目标工作的振动场内后作为加速度限制的参考基准。所述时间轴即为加速度曲线的横向坐标轴，将时间轴长度固定即为表示无论是在静态场还是振动场，加速阶段的时间长度为同样的固定值。在本实施例中，由于需要表示多种不同的变量，为了简略便未在附图中设置纵向坐标轴，但实际表义中纵向变量值即为加速度的数值。在静态场中沿时间轴至少分别实施三次陀螺仪本体的初始误差补偿，用于建立振动场陀螺仪运转的参考加速基准值，进行多次实施的目的是为了获得更为稳定和准确的误差校正效果。在具体运用中，实施次数越多，作为最终参考值的静态场加速度总曲线符合实际误差出现条件的准确度越高，可根据实际条件的满足程度酌情调整实施次数。静态场加速度曲线反映了陀螺仪本体在静态场中的参考运动状态和是否存在加速度的变化速度，并能反应陀螺仪本体在常规静态场下在不同时间点上的运转性能。将初始误差补偿获取的误差值的出现时点沿时间轴标注，用于结合静态场加速度总曲线为振动场的加速度值设置用于参考判别的第一阈值。

在实际运用中，振动场的情况并不少见，所述目标应用的振动场可以包括行驶过程中的车辆、船只和飞行器，或者是工业环境中的自动化***设备和机器人，以及部分科研领域的精密测量场景等。振动场中的振动参数主要包括每一次振动的频率、振幅、方向、周期性和持续时间等，而振动参考值即基于陀螺仪本体与应用场景的实际需求来对每个参数设置避免振动产生影响的临界值。振动场中的频率表示振动的周期性，振动振幅表示振动的幅度或大小，不同应用场景下的振动频率和幅度可能有所不同，因此需要考虑实际应用中可能遇到的频率范围。振动方向可以是单向的，也可以是多方向的，振动方向是指振动发生的方向，通常用三维坐标系来描述。记录振动场加速度曲线主要用于分析振动场内加速度的变化情况并结合振动出现时点来针对振动值进行误差补偿修正，也能够反映陀螺仪在振动环境中的动态响应。同样地，对振动场加速度值的获取进行多次实施的目的，也是为了获得更为稳定和准确的误差校正效果，在具体实施中，运转陀螺仪本体的次数越多，获取的陀螺仪本体加速度与振动场内振动的关联、振动场内发生振动的主要参数特征就越准确，但次数过多也会导致补偿工作成本越高，因此具体运转统计的次数需结合静态场加速度曲线统计数和振动场内的振动发生的振动参数来设定。陀螺仪本体的加速度和振动监测主要采用常规技术方法，以精确度为标准，如使用加速度传感器和惯性测量单元来保持加速度监测，使用振动传感器对陀螺仪本体受到的振动保持监测。在具体运用中，还需确保选择的传感器具有足够的采样频率，以捕捉到目标应用中可能出现的快速变化，同时传感器的动态范围应该足够大，以适应在不同场景中可能出现的广泛加速度和振动范围。

更多地，所述负反馈时点即为对振动场内发生的振动进行初步收集筛选，之后对负反馈时点进行进阶筛选后标注为有效振动点。所述进阶筛选即为对振动场加速度曲线的斜率设置第二阈值，通过对振动场加速度曲线的斜率变化来判断是否受到振动影响，若第一判定区间内的斜率达到第二阈值即判定为第一判定区间内的负反馈点对陀螺仪的加速度产生了影响，即标注为有效振动点。在实际运用中，所述第一判定区间的大小设置应该考虑到陀螺仪对于外部振动的响应时间。这包括陀螺仪的惯性、控制***的响应速度等，通常较大的判定区间可能会更好地囊括振动时刻附近的斜率变化。如果***的响应时间较长，可能需要较大的判定区间，以充分考虑***的动态响应，同时确保采样率足够高，以捕捉到振动信号的细节。同时分析负反馈点中的振动信号的频率和幅度，以确定可能的振动周期，如果振动频率较高，判定区间的大小可能需要相应地减小，以更精确地捕捉振动信号的变化；如果振动信号的幅度较大，判定区间的大小可能需要相应地增大，以确保能够充分包括振动信号的波峰和波谷。将全部有效振动点逐一进行数据记录，为了分析这些有效振动点的特性，以便进行后续的补偿和修正；数据记录可包括所有有效振动点的时间、振动场加速度值、斜率等信息，以便进行后续的分析和处理。在时间轴上将振动场加速度总曲线上高于第一阈值的区间设为第二判定区间，为了进一步确定振动的时间段，以便更全面地分析振动场的特性，以及为了在振动场中识别是否存在振动干扰，如果存在，通过对有效振动点进行修正，以确保振动场加速度曲线的准确性。如果不存在振动干扰，则无需进行额外的修正。通过第二判定区间的状态判别，若第二判定区间与任一有效振动点的第一判定区间重合，则判别当前第二判定区间内存在振动干扰，说明振动场加速度曲线在该时间段内受到外部振动的影响，可能导致陀螺仪输出的角速度值不准确，从而针对重合的有效振动点进行补偿修正。针对重合的有效振动点，需要对其对应的振动场加速度值斜率和振动参数进行补偿修正，这可以包括校正振动参数或通过其他手段进行误差补偿，以提高陀螺仪的准确性。

进一步地，作为一种可行的实施方式，设置滑动窗口优化方法用于动态调整振动参考值，该方法过程包括：

构建包含初始振动参数的初始滑动窗口，根据陀螺仪本体的输出频率值设定滑动窗口的大小和滑步长度，在振动场内采集振动信号的时间序列数据，并从时间序列数据上提取振动参数，之后并将滑动窗口从数据序列起始位置以每个滑步长度为单位开始滑动；每个滑动窗口每次移动一个滑步时迭代一个新的滑动窗口，并将迭代后获取的振动参数覆盖于旧数据上。

具体地，所述滑动窗口优化方法的主要内容为，建立一个包含初始振动参数的滑动窗口，这个窗口包括一定时间范围内的振动信号数据。根据陀螺仪本体的输出频率值，设定滑动窗口的大小和滑步长度，为了在振动信号数据中适当采样和分析。同时在振动场内采集振动信号的时间序列数据，从时间序列数据中提取振动参数，包括振幅、频率、相位等，用于描述振动信号的特性。当滑动窗口从数据序列的起始位置开始，以每个滑步长度为单位迭代，每次滑动窗口的移动代表一段时间内的振动信号数据。在每个滑动窗口的迭代中，方案计算新的振动参数，在具体运用中可以通过重新提取或更新先前提取的振动参数来实现，之后将迭代后获取的新振动参数被覆盖在旧数据上以实现动态调整。利用滑动窗口技术，不断地从振动信号数据中提取和更新振动参数，以动态调整振动参考值，可以增强***的自适应性，使其能够更好地适应振动场的变化，并提高对振动干扰的抵抗能力。

进一步地，作为一种可行的实施方式，所述第二阈值的数值大于零，且当振动场加速度曲线的斜率小于零时，通过取绝对值后与第二阈值进行比对以判别有效振动点。当振动场加速度曲线的斜率小于零时，取其绝对值，然后与第二阈值进行比对。这意味着不仅关注斜率的大小，而且关注其方向的正负。如果绝对值后的斜率超过了第二阈值，可能被认为是一个需要关注的振动点。在振动场加速度曲线上，当满足斜率小于零的条件，并且绝对值后的斜率超过第二阈值时，标记该时点为负反馈时点，即认为在这个时点出现了振动。这样的判别过程旨在识别出振动场中有意义的振动，而不是简单地对所有振动进行记录。

进一步地，作为一种可行的实施方式，如图3-图5所示，设超过第二阈值的正斜率值为正超限值，设绝对值超过第二阈值的负斜率值为负超限值；设振动场加速度曲线斜率数值的集合包括由正超限值和零组成的第一集合、由负超限值和零组成的第二集合以及由正超限值、负超限值和零组成的第三集合。

具体地，正斜率值表示振动场加速度曲线在某一时刻以陡增形式上升，而负斜率值表示曲线在某一时刻以陡减形式下降。超过第二阈值的正斜率值被定义为正超限值，而绝对值超过第二阈值的负斜率值被定义为负超限值。在本实施方式中描述了三个集合，所述三个集合对应第一判定区间内有效振动点的三种情况，每种情况出现的加速度斜率的数值限制在对应的集合内。第一集合由正超限值和零组成，即曲线在某一时刻陡增上升，并且上升速度超过设定的阈值，或者曲线趋近于水平。第二集合由负超限值和零组成两种集合，即曲线在某一时刻陡减下降，并且下降速度超过设定的阈值，或者曲线趋近于水平。第三集合由正超限值、负超限值和零组成，即曲线在当前第一判定区间内均存在陡增上升或陡减下降的时刻，并且斜率的绝对值超过设定的阈值，或者曲线趋近于水平。本实施方式目的是通过对振动场加速度曲线的斜率进行分类，识别超过设定阈值的正斜率和负斜率，并将它们分别归类到不同的集合中，这样的分类可以帮助确定振动场内发生的振动时点以识别出超过阈值的振动事件，进而进行负反馈或补偿操作，以减小振动对陀螺仪性能的影响。

更多地，第一判定区间内的负反馈时点标注为有效振动点的情况类别包括：

若第一判定区间内的振动场加速度曲线斜率数值为第一集合，则判别陀螺仪本体为升增速状态，此时将当前第一判定区间内的有效振动点标记为增益振动点，并在当前第一判定区间的左端点处设置增益时间戳以记录升增速之前的振动场加速度值，并针对增益振动点结合增益时间戳与当前时刻的振动参数对振动场加速度值进行加速度降低补偿；

若第一判定区间内的振动场加速度曲线斜率数值为第二集合，则判别陀螺仪本体为降增速状态，此时将当前第一判定区间内的有效振动点标记为减益振动点，并在当前第一判定区间的左端点处设置减益时间戳以记录降增速之前的振动场加速度值，并针对增益振动点结合减益时间戳与当前时刻的振动参数对振动场加速度值进行加速度提升补偿；

若第一判定区间内的振动场加速度曲线斜率数值为第三集合，则判别陀螺仪本体同时存在升增速和降增速状态，此时将当前第一判定区间内的有效振动点标记为平衡振动点组，并在当前第一判定区间的左端点处和右端点处分别设置初端时间戳和末端时间戳且分别记录对应时刻的振动场加速度值，并针对平衡振动点组结合当前时刻的振动参数对振动场加速度值进行加速度校正补偿。

具体地，如图3-图5所示，其中T表示时间轴，M表示第一判定区间在时间轴上的范围。在本实施例中当第一判定区间内的振动场加速度曲线斜率数值为第一集合时，判别陀螺仪本体为升增速状态，这表示在这个阶段陀螺仪本体正在经历一个加速度陡然增长的状态。将当前第一判定区间内的有效振动点标记为增益振动点A，而增益振动点A在时点上对应的振动场加速度值即为正超限值A1，同时并在当前第一判定区间的左端点处设置增益时间戳E以记录升增速之前的增益时间戳的加速度值E1，便于在后续的处理中对升增速状态之前的振动进行补偿。随后结合增益时间戳的加速度值E1与当前时刻的振动参数，对振动场加速度值进行加速度降低补偿。补偿时在增益振动点A处获取当前时刻的振动参数，这些参数可能包括当前第一判定区间内振动点的频率、振幅、相位等。利用当前时刻的振动参数和升增速之前的增益时间戳的加速度值E1进行计算得出一个补偿值。这个值的目的是在当前时刻对振动场加速度值进行调整，以降低升增速状态下的振动对陀螺仪性能的影响。将计算得到的补偿值应用到当前时刻的振动场加速度值上，以实现对振动的补偿，这可以通过加或减补偿值来调整振动场加速度值。同理，若第一判定区间内的振动场加速度曲线斜率数值为第二集合时，判别陀螺仪本体为降增速状态，表示在当前第一判定区间内陀螺仪本体正在经历一个加速度断崖下滑的状态。将当前第一判定区间内的有效振动点标记为减益振动点D, 而减益振动点D在时点上对应的振动场加速度值即为负超限值D1，同时并在当前第一判定区间的左端点处设置减益时间戳F以记录升增速之前的减益时间戳的加速度值F1，随后结合减益时间戳的加速度值F1与当前时刻的振动参数，对振动场加速度值进行加速度降低补偿。当第一判定区间内的振动场加速度曲线的斜率数值为第三集合，将当前的有效振动点标记为平衡振动点组，即所述平衡振动点组由一个增益振动点A和一个减益振动点D组成。这表示陀螺仪本体在当前的第一判定区间时段内同时经历了升增速和降增速的状态。在标记为平衡振动点组的情况下，在当前第一判定区间的左端点和右端点处分别设置初端时间戳B和末端时间戳C，并记录对应时刻的初端时间戳的加速度值B1和末端时间戳的加速度值C1。针对平衡振动点组结合当前时刻的振动参数，执行振动场加速度值的加速度校正补偿。这表明在识别到升增速和降增速状态的情况下，对振动场的加速度能够进行更为精细的校正，以提高陀螺仪在这种特殊状态下的性能和测量精度。特别地，在具体实施中，在第一判定区间内若出现两组及以上的平衡振动点组，则所述第一判定区间内的有效振动点均记为出现一次平衡振动点组。在第一判定区间内可能出现更多的有效振动点，在该时间段内陀螺仪本体经历了多次振动状态变化，可能是由于复杂的外部环境或其他因素引起的。由于平衡振动点组的自我均衡作用，因此将出现的多组平衡振动点组合并为一组以降低陀螺仪本体的计算负荷。在具体计算过程中，可将全部正超限值A1和负超限值D1分别取均值以进行后续计算。

进一步地，作为一种可行的实施方式，设置谐振子优化模型以降低陀螺仪本体在振动场内因加速度变化导致的增量误差，其内容包括：

设置计算式以表示振动场内陀螺仪本体的谐振子参数，将振动场的激励值作为谐振子优化模型的外部输入，并利用实时采集的振动场加速度值对谐振子参数保持更新；当陀螺仪本体加速度提升时，提升谐振子反馈强度以抑制谐振子误差的影响；当陀螺仪本体加速度下降时，降低谐振子反馈强度以提升***动态跟随度。所述计算式用于表示振动场内陀螺仪本体的谐振子参数，包括振动频率、阻尼比等参数，用于描述谐振子的动态特性。振动场的激励值被作为谐振子优化模型的外部输入，表示谐振子的行为受到振动场的激励，并通过调整谐振子参数来适应振动场的变化。利用实时采集的振动场加速度值对谐振子参数进行实时更新。这种实时反馈机制使***能够更好地适应振动场的动态变化，提高了模型的精准性。当陀螺仪本体加速度提升时，增加谐振子反馈强度，有助于抑制谐振子误差对陀螺仪输出的影响，从而减小加速度变化引起的误差。当陀螺仪本体加速度下降时，减小谐振子反馈强度，用于提高***的动态跟随度，防止谐振子过度补偿导致的不稳定性。本实施方式通过控制策略实时更新谐振子参数和调整反馈强度，有效地降低了陀螺仪本体在振动场内因加速度变化导致的增量误差，提高了陀螺仪的性能。

进一步地，对计算式进行进一步限定，所述谐振子参数的计算式表示为：

；

其中，t为时间轴上的时刻值，m为谐振子质量，C为谐振子模型的阻尼系数，k为表示谐振子刚度的弹簧常数，x(t)为谐振子位移量，表示在振动场中陀螺仪本体内的谐振子加速度，(dx∕dt)表示当前时刻的谐振子平均速度，F(t)为振动场内动态变化的激励函数。所述计算式表达了谐振子在振动场中的受力情况，说明了质量、阻尼和弹簧对谐振子振动行为的影响。方程右侧激励函数F(t)表示外部激励对谐振子的作用，可以是振动场内的动态变化。

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 (5)

1.一种半球谐振陀螺仪的振动误差补偿方法，其特征在于，该方法包括：

步骤S1：建立长度固定的用于实施加速阶段的时间轴，在静态场中沿时间轴至少分别实施三次陀螺仪本体的初始误差补偿，在每次实施过程中按照时间轴记录静态场加速度曲线以记录陀螺仪本体的静态场加速度值，按时间轴在每条曲线上标注出静态场误差值的出现时点；

步骤S2：将所有静态场加速度曲线取平均值合并后设为静态场加速度总曲线，在总加速曲线上显示出所有实施次数内静态场误差值的出现时点，将静态场误差值离散点位置处的加速度值进行标注，选出其中的加速度数值最低值作为第一阈值用于限制振动场内的加速度值；

步骤S3：将陀螺仪本体置于目标应用的振动场中，同时对振动场内的振动参数预设振动参考值，沿时间轴运转陀螺仪本体至少三次，且每次记录振动场加速度曲线以记录陀螺仪本体的振动场加速度值，将所有振动场加速度曲线取平均值合并后设为振动场加速度总曲线；

步骤S4：在每一次记录振动场加速度曲线的同时，将振动场内出现的达到振动参考值的振动时点设为负反馈时点，并分别记录在对应的振动场加速度曲线上，对振动场加速度曲线的斜率设置第二阈值，沿负反馈时点左右两侧延伸并将延伸后的区间设置为第一判定区间；

步骤S5：在时间轴的第一判定区间内如果振动场加速度值斜率达到第二阈值及以上，则将该第一判定区间内的负反馈时点标注为有效振动点，并将全部有效振动点逐一进行数据记录，在时间轴上将振动场加速度总曲线上高于第一阈值的区间设为第二判定区间；

步骤S6：若第二判定区间与任一有效振动点的第一判定区间重合，则判别当前第二判定区间内存在振动干扰，对重合的有效振动点对应的振动场加速度值斜率和振动参数进行补偿修正；若第二判定区间与全部有效振动点的第一判定区间均无重合，则判别为无振动干扰；

所述第二阈值的数值大于零，且当振动场加速度曲线的斜率小于零时，通过取绝对值后与第二阈值进行比对以判别有效振动点；

设超过第二阈值的正斜率值为正超限值，设绝对值超过第二阈值的负斜率值为负超限值；设振动场加速度曲线斜率数值的集合包括由正超限值和零组成的第一集合、由负超限值和零组成的第二集合以及由正超限值、负超限值和零组成的第三集合；

第一判定区间内的负反馈时点标注为有效振动点的情况类别包括：

若第一判定区间内的振动场加速度曲线斜率数值为第一集合，则判别陀螺仪本体为升增速状态，此时将当前第一判定区间内的有效振动点标记为增益振动点，并在当前第一判定区间的左端点处设置增益时间戳以记录升增速之前的振动场加速度值，并针对增益振动点结合增益时间戳与当前时刻的振动参数对振动场加速度值进行加速度降低补偿；

若第一判定区间内的振动场加速度曲线斜率数值为第二集合，则判别陀螺仪本体为降增速状态，此时将当前第一判定区间内的有效振动点标记为减益振动点，并在当前第一判定区间的左端点处设置减益时间戳以记录降增速之前的振动场加速度值，并针对增益振动点结合减益时间戳与当前时刻的振动参数对振动场加速度值进行加速度提升补偿；

若第一判定区间内的振动场加速度曲线斜率数值为第三集合，则判别陀螺仪本体同时存在升增速和降增速状态，此时将当前第一判定区间内的有效振动点标记为平衡振动点组，并在当前第一判定区间的左端点处和右端点处分别设置初端时间戳和末端时间戳且分别记录对应时刻的振动场加速度值，并针对平衡振动点组结合当前时刻的振动参数对振动场加速度值进行加速度校正补偿。

2.根据权利要求1所述的一种半球谐振陀螺仪的振动误差补偿方法，其特征在于，设置滑动窗口优化方法用于动态调整振动参考值，该方法过程包括：

构建包含初始振动参数的初始滑动窗口，根据陀螺仪本体的输出频率值设定滑动窗口的大小和滑步长度，在振动场内采集振动信号的时间序列数据，并从时间序列数据上提取振动参数，之后并将滑动窗口从数据序列起始位置以每个滑步长度为单位开始滑动；每个滑动窗口每次移动一个滑步时迭代一个新的滑动窗口，并将迭代后获取的振动参数覆盖于旧数据上。

3.根据权利要求1所述的一种半球谐振陀螺仪的振动误差补偿方法，其特征在于，在第一判定区间内若出现两组及以上的平衡振动点组，则所述第一判定区间内的有效振动点均记为出现一次平衡振动点组。

4.根据权利要求1所述的一种半球谐振陀螺仪的振动误差补偿方法，其特征在于，设置谐振子优化模型以降低陀螺仪本体在振动场内因加速度变化导致的增量误差，其内容包括：

设置计算式以表示振动场内陀螺仪本体的谐振子参数，将振动场的激励值作为谐振子优化模型的外部输入，并利用实时采集的振动场加速度值对谐振子参数保持更新；当陀螺仪本体加速度提升时，提升谐振子反馈强度以抑制谐振子误差的影响；当陀螺仪本体加速度下降时，降低谐振子反馈强度以提升***动态跟随度。

5.根据权利要求4所述的一种半球谐振陀螺仪的振动误差补偿方法，其特征在于，所述谐振子参数的计算式表示为：

；

其中，t为时间轴上的时刻值，m为谐振子质量，C为谐振子模型的阻尼系数，k为表示谐振子刚度的弹簧常数，x(t)为谐振子位移量，表示在振动场中陀螺仪本体内的谐振子加速度，(dx ∕ dt)表示当前时刻的谐振子平均速度，F(t)为振动场内动态变化的激励函数。