中国人民解放军国防科技大学于旭东获国家专利权
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龙图腾网获悉中国人民解放军国防科技大学申请的专利基于高斯过程回归与分布式测温的激光陀螺温度补偿方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN119714352B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-06-13发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202411790744.8,技术领域涉及:G01C25/00;该发明授权基于高斯过程回归与分布式测温的激光陀螺温度补偿方法是由于旭东;李鼎;李慧平;罗晖;张斌;娄琪欣;刘超;兰天设计研发完成,并于2024-12-06向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于高斯过程回归与分布式测温的激光陀螺温度补偿方法在说明书摘要公布了:本发明涉及激光陀螺技术领域,具体涉及一种基于高斯过程回归与分布式测温的激光陀螺温度补偿方法,可用于激光陀螺在复杂温变环境下的温度补偿,分为以下步骤:S1:激光陀螺分布式测温配置;S2:构建激光陀螺温度补偿模型;S3:SOC实时预测温漂并进行温度补偿;S4SOC修正激光陀螺在k时刻的角速度输出得到k时刻修正后的角速度输出本发明结合分布式测温方案与高斯过程回归,温度补偿后激光陀螺角速度输出精度得到显著提升。
本发明授权基于高斯过程回归与分布式测温的激光陀螺温度补偿方法在权利要求书中公布了:1.基于高斯过程回归与分布式测温的激光陀螺温度补偿方法,其特征在于,该方法分为以下步骤: S1:激光陀螺分布式测温配置: S1.1所用激光陀螺包括盒体、片上系统SOC、腔体;腔体通过安装孔固定于盒体内,腔体内安装有阳极、阴极、反射镜、程长控制镜、半透半反镜、棱镜、光阑、光电二极管激光传播与光电信号探测所需的光学部件;片上系统位于盒体内壁,片上系统SOC用于采集激光陀螺输出信号,对信号进行处理、计算,最终向外输出测量得到的角速度输出; S1.2在激光陀螺的阴极、左阳极、右阳极、光阑附近以及盒体的安装凸台附近布设测温电阻,用于测量阴极、阳极、光阑以及盒体安装凸台附近的温度,以表征激光陀螺全局温度特征; S1.3将S1.2中5个点位的测温电阻组成测温电桥,并将其输入SOC,SOC实时测量出各点位的温度;SOC通过数据传输线缆向计算机发出激光陀螺的角速度输出、各温度点温度; S2:构建激光陀螺温度补偿模型 S2.1将激光陀螺放入温度速变试验箱,将激光陀螺安装固定在温度速变试验箱内,激光陀螺的电源线与数据传输线缆分别连接至温度速变试验箱外的电源和计算机; S2.2设置温度速变试验箱的温度变化程序: 1开机,20℃保温2小时; 2以0.5℃min的温变速率降温至-40℃,并保温2小时; 3以0.5℃min的温变速率升温至60℃,并保温2小时; 4以0.5℃min的温变速率降温至20℃,并保温2小时; 5以1℃min的温变速率降温至-40℃,并保温2小时; 6以1℃min的温变速率升温至60℃,并保温2小时; 7以1℃min的温变速率降温至20℃,并保温2小时; 8以1.5℃min的温变速率降温至-40℃,并保温2小时; 9以1.5℃min的温变速率升温至60℃,并保温2小时; 10以1.5℃min的温变速率降温至20℃,并保温2小时; 11以2℃min的温变速率降温至-40℃,并保温2小时; 12以2℃min的温变速率升温至60℃,并保温2小时; 13以2℃min的温变速率降温至20℃,并保温2小时,关机; S2.3激光陀螺开机上电,输出数据实时传输至计算机并保存;温度速变试验箱开始S2.2的温度变化程序,从第1步开机至第13步关机,共耗时143600秒,记为N秒;温度变化程序结束后,激光陀螺关机下电; 采集保存的数据包括: 1激光陀螺每秒的角速度输出数据ωi,下标i表示时刻,i=1,2,3…,N; 2激光陀螺5个测温点每秒的实时温度 3激光陀螺每秒的状态数据si,包括激光陀螺的光强、抖频、控制电压状态参数; S2.4基于高斯过程回归构建激光陀螺温度补偿模型;具体如下: S2.4.1构建温度补偿模型训练集的输入数据X与响应数据Y: 响应数据为激光陀螺每秒的温漂输出数据:其中为激光陀螺在常温下输出的角速度均值,由S2.2中120℃保温阶段采集的角速度数据计算得到; 输入数据为激光陀螺5个测温点每秒的实时温度以及5个温度的平方项、时间梯度项、空间梯度项,具体形式如下: 其中, 且定义 用xi表示第i时刻的温度及其平方项、时间梯度项和空间梯度项,即: 因此输入数据X可以表示为: S2.4.2计算高斯过程回归核矩阵 计算输入数据X的高斯过程回归核矩阵K如下: K=KX,X 其中,KX,X表示计算输入数据X的高斯过程回归核矩阵: Krc=kxr,xc;r=1,2,3…,N,c=1,2,3…,N表示输入数据X的核函数,下标r,c分别表示KX,X的第r行和第c列;核函数可以将低维数据映射到高维空间, 从而提高模型的非线性拟合能力,核函数的表达式为: 其中σ2是核函数的幅度超参数,用于控制输出的方差;l表示核函数的长度尺度超参数,用于控制输入距离对协方差的影响; S2.4.3将计算出的高斯过程回归核矩阵K、输入数据X与响应数据Y存储至激光陀螺的SOC; S3:SOC实时预测温漂并进行温度补偿 S3.1记实际使用时刻为k时刻,SOC采集k时刻的激光陀螺角速度输出ωk及k时刻的温度观测数据Tk: S3.2构建温度观测向量Zk: S3.3SOC计算温度观测向量Zk与训练集输入数据X之间的协方差向量: S3.4SOC计算k时刻的高斯过程回归预测均值μk: μk=KZX TK-1Y 其中,预测均值μk表示对输出的估计;KZX T表示协方差向量KZX的转置;K-1表示核矩阵K的逆矩阵; 将计算出的k时刻的高斯过程回归预测均值μk为作为k时刻的激光陀螺温漂; S4SOC修正激光陀螺在k时刻的角速度输出得到k时刻修正后的角速度输出 S4执行完毕后,k=k+1,循环执行S3至S4,即可实时获得最新时刻经过温度补偿后的激光陀螺角速度输出。
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