本發(fā)明涉及溫度補(bǔ)償，尤其涉及一種基于慣性器件的溫度補(bǔ)償方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、慣性器件作為關(guān)鍵的傳感器，其加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)等部件在工作過程中往往受到溫度變化的影響。溫度變化會(huì)導(dǎo)致慣性器件的輸出信號發(fā)生漂移，進(jìn)而影響其精度和可靠性。因此，溫度補(bǔ)償技術(shù)成為提高慣性器件性能的一個(gè)重要方向。

2、目前，慣性器件的溫度補(bǔ)償技術(shù)主要依賴于兩種方式：一種是通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)獲得溫度和輸出信號之間的關(guān)系，依據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償；另一種是通過數(shù)學(xué)模型（如線性擬合、非線性擬合等）來預(yù)測和補(bǔ)償溫度對輸出信號的影響。然而，這些傳統(tǒng)方法通常只能針對特定的工作環(huán)境和溫度條件，且補(bǔ)償效果受限于標(biāo)定精度和模型簡化。

3、例如授權(quán)公告號為cn112254742b的中國專利公開了mems慣性器件溫度補(bǔ)償參數(shù)在線擬合方法，該發(fā)明提供的一種可在線擬合mems慣性器件溫度補(bǔ)償參數(shù)的方法，可在導(dǎo)航計(jì)算機(jī)中實(shí)時(shí)運(yùn)行，利用陀螺、加速度計(jì)和溫度的線性關(guān)系，擬合溫度補(bǔ)償參數(shù)，用于對慣性器件溫度漂移的補(bǔ)償。該發(fā)明提出的溫度補(bǔ)償參數(shù)在線擬合方法，整個(gè)參數(shù)擬合過程在導(dǎo)航計(jì)算機(jī)中進(jìn)行，每個(gè)循環(huán)僅利用上一循環(huán)的計(jì)算數(shù)據(jù)，無需保存大量數(shù)據(jù)，不占用導(dǎo)航計(jì)算機(jī)內(nèi)存，計(jì)算量較小，并且參數(shù)擬合精度與離線擬合的精度一致。同時(shí)增加了參數(shù)驗(yàn)證功能，用于批量校準(zhǔn)時(shí)的結(jié)果查驗(yàn)，提高校準(zhǔn)成功率。每次校準(zhǔn)的產(chǎn)品數(shù)量取決于溫箱的容量，提高了批產(chǎn)的效率，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

4、以上專利存在本背景技術(shù)提出的問題：通常依賴于簡化的數(shù)學(xué)模型或大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練，存在適應(yīng)性差、精度有限和計(jì)算資源消耗大的問題，為解決以上問題，本技術(shù)設(shè)計(jì)了一種基于慣性器件的溫度補(bǔ)償方法及系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于慣性器件的溫度補(bǔ)償方法及系統(tǒng)，通過對慣性器件進(jìn)行標(biāo)定，獲取不同溫度條件下的輸出特性數(shù)據(jù)，并結(jié)合實(shí)時(shí)溫度狀態(tài)計(jì)算補(bǔ)償參數(shù)。方法包括：通過自適應(yīng)模糊推理對輸出特性數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，計(jì)算溫度依賴系數(shù)和溫度非線性系數(shù)；使用灰色關(guān)聯(lián)法分析濾波信號與溫度變化的關(guān)系；計(jì)算影響因子并根據(jù)該因子對輸出信號進(jìn)行溫度補(bǔ)償；采用遺傳算法對補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，迭代更新，最終輸出經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)男盘枴１景l(fā)明提高了慣性器件在溫度變化環(huán)境下的輸出精度與穩(wěn)定性，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和可靠性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于慣性器件的溫度補(bǔ)償方法，所述方法包括：

4、對慣性器件進(jìn)行標(biāo)定，并獲取慣性器件在不同溫度條件下的輸出特性數(shù)據(jù)，其中，所述輸出特性數(shù)據(jù)包括溫度和濾波信號；

5、通過測量當(dāng)前環(huán)境溫度，獲取慣性器件的實(shí)時(shí)溫度狀態(tài)；

6、基于所述輸出特性數(shù)據(jù)計(jì)算補(bǔ)償參數(shù)，根據(jù)所述補(bǔ)償參數(shù)計(jì)算實(shí)時(shí)溫度狀態(tài)對慣性器件輸出信號的影響因子；

7、根據(jù)所述影響因子對慣性器件的輸出信號進(jìn)行補(bǔ)償，生成經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)妮敵鲂盘枺?/p>

8、根據(jù)經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)妮敵鲂盘?，對所述補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

9、所述計(jì)算補(bǔ)償參數(shù)，包括：

10、通過自適應(yīng)模糊推理對輸出特性數(shù)據(jù)的變化規(guī)律進(jìn)行建模，計(jì)算溫度依賴系數(shù)；

11、將溫度作為序列變化應(yīng)變量，濾波信號作為序列變化自變量，繪制變化曲線，將所述變化曲線映射至灰色關(guān)聯(lián)空間中，對比變化曲線與理想曲線，計(jì)算差異序列；

12、通過多項(xiàng)式擬合對所述差異序列進(jìn)行非線性處理，生成溫度非線性系數(shù)；

13、根據(jù)所述溫度依賴系數(shù)和所述溫度非線性系數(shù)，通過不同溫度條件下的溫度變化范圍調(diào)整權(quán)重比例，計(jì)算補(bǔ)償參數(shù)，補(bǔ)償參數(shù)的計(jì)算公式為：

14、，

15、其中，表示補(bǔ)償參數(shù)，k表示調(diào)節(jié)因子，用于調(diào)節(jié)溫度對加權(quán)系數(shù)的影響，t表示溫度變化范圍，表示溫度變化的閾值點(diǎn)，表示溫度依賴系數(shù)，表示溫度非線性系數(shù)。

16、所述對輸出特性數(shù)據(jù)的變化規(guī)律進(jìn)行建模，包括：

17、建立模糊規(guī)則庫，將所述溫度和濾波信號進(jìn)行模糊化處理，轉(zhuǎn)化為模糊集合，并通過高斯隸屬函數(shù)對所述模糊集合進(jìn)行定義，獲取隸屬度函數(shù)；

18、根據(jù)所述模糊規(guī)則庫和所述隸屬度函數(shù)，通過if-then規(guī)則對模糊集合進(jìn)行模糊推理，通過加權(quán)平均法將所有規(guī)則的輸出進(jìn)行結(jié)合，計(jì)算模糊輸出；

19、通過重心法對所述模糊輸出進(jìn)行去模糊化處理，計(jì)算溫度依賴系數(shù)。

20、所述根據(jù)所述補(bǔ)償參數(shù)計(jì)算實(shí)時(shí)溫度狀態(tài)對慣性器件輸出信號的影響因子，包括：

21、根據(jù)實(shí)時(shí)溫度狀態(tài)，與標(biāo)定階段設(shè)定的基準(zhǔn)溫度進(jìn)行對比，計(jì)算實(shí)時(shí)溫度狀態(tài)相對于基準(zhǔn)溫度的偏移量；

22、通過對不同溫度條件下溫度變化的速率和振幅對輸出信號的影響程度進(jìn)行定量分析，計(jì)算溫度變化熵值；

23、根據(jù)所述偏移量和溫度變化熵值，通過加權(quán)組合對補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行耦合，計(jì)算影響因子，影響因子的計(jì)算公式為：

24、，

25、其中，i表示影響因子，表示偏移量，表示最大偏移量，h表示溫度變化熵值，表示最大熵值，和表示加權(quán)系數(shù)，和表示溫度修正系數(shù)。

26、所述對所述補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，包括：

27、根據(jù)補(bǔ)償參數(shù)，隨機(jī)生成初始解，對所述初始解進(jìn)行染色體編碼，構(gòu)成初始種群；

28、設(shè)定迭代次數(shù)，根據(jù)影響因子對初始種群進(jìn)行染色體解碼，獲取初始補(bǔ)償參數(shù)；

29、根據(jù)所述初始補(bǔ)償參數(shù)計(jì)算初始種群中每一個(gè)輸出信號的適應(yīng)度，對所述適應(yīng)度進(jìn)行迭代優(yōu)化，直到達(dá)到所述迭代次數(shù)，輸出經(jīng)過調(diào)整的補(bǔ)償參數(shù)。

30、所述對慣性器件進(jìn)行標(biāo)定，包括：

31、將慣性器件固定于標(biāo)定平臺(tái)，并使各軸平行于所述標(biāo)定平臺(tái)的水平面，通過外接電源對所述標(biāo)定平臺(tái)進(jìn)行供電；

32、在慣性器件的加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)穩(wěn)定輸出五分鐘后，設(shè)置標(biāo)定平臺(tái)中框和內(nèi)框的位置點(diǎn)，對每個(gè)位置點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；

33、根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)擬合法對慣性器件的加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)分別進(jìn)行標(biāo)定。

34、一種基于慣性器件的溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、信號補(bǔ)償模塊和參數(shù)調(diào)整模塊；

35、所述數(shù)據(jù)采集模塊，用于對慣性器件進(jìn)行標(biāo)定，并獲取慣性器件在不同溫度條件下的輸出特性數(shù)據(jù)和慣性器件的實(shí)時(shí)溫度狀態(tài)；

36、所述信號補(bǔ)償模塊內(nèi)配置有溫度補(bǔ)償策略，所述溫度補(bǔ)償策略用于計(jì)算補(bǔ)償參數(shù)，并結(jié)合實(shí)時(shí)溫度狀態(tài)計(jì)算影響因子，根據(jù)影響因子對輸出信號進(jìn)行溫度補(bǔ)償；

37、所述參數(shù)調(diào)整模塊，用于根據(jù)補(bǔ)償后的輸出信號和輸出特性數(shù)據(jù)，調(diào)整補(bǔ)償參數(shù)。

38、所述數(shù)據(jù)采集模塊，包括：

39、慣性器件標(biāo)定單元，用于對慣性器件進(jìn)行靜態(tài)與動(dòng)態(tài)標(biāo)定；

40、溫度采集單元，用于測量當(dāng)前環(huán)境溫度，并將實(shí)時(shí)溫度狀態(tài)傳輸至后續(xù)處理單元；

41、慣性信號采集單元，用于從慣性器件中獲取加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)傳感器的輸出信號，將輸出信號進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

42、所述信號補(bǔ)償模塊，包括：

43、補(bǔ)償參數(shù)計(jì)算單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的溫度補(bǔ)償算法，計(jì)算并生成相應(yīng)的補(bǔ)償參數(shù)；

44、影響因子計(jì)算單元，用于計(jì)算實(shí)時(shí)溫度狀態(tài)對慣性器件輸出信號的影響因子；

45、補(bǔ)償信號生成單元，用于將補(bǔ)償參數(shù)與原始輸出信號結(jié)合，產(chǎn)生經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)妮敵鲂盘枺?/p>

46、所述溫度補(bǔ)償策略包括溫度依賴邏輯和影響因子調(diào)整邏輯；

47、所述溫度依賴邏輯配置于所述補(bǔ)償參數(shù)計(jì)算單元內(nèi)，用于分析和處理慣性器件輸出信號與溫度之間的關(guān)系，建立溫度與輸出信號之間的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算溫度依賴系數(shù)，并生成相應(yīng)的補(bǔ)償參數(shù)；

48、所述影響因子調(diào)整邏輯配置于所述影響因子計(jì)算單元內(nèi)，用于通過比較實(shí)時(shí)溫度與標(biāo)定時(shí)的基準(zhǔn)溫度之間的偏移量，定量分析溫度變化對輸出信號的影響程度，將實(shí)時(shí)溫度狀態(tài)與預(yù)設(shè)的溫度變化模式進(jìn)行比較，計(jì)算溫度變化熵值，確定溫度變化的速率、振幅對輸出信號的實(shí)際影響。

49、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

50、本發(fā)明通過結(jié)合自適應(yīng)模糊推理和灰色關(guān)聯(lián)分析方法，精確計(jì)算溫度變化對慣性器件輸出信號的影響因子，并利用遺傳算法優(yōu)化補(bǔ)償參數(shù)，顯著提高了溫度補(bǔ)償?shù)木群蛯?shí)時(shí)性，同時(shí)減少了對復(fù)雜數(shù)據(jù)處理和計(jì)算資源的依賴，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和高效性。