仪器仪表学报

作者：邹昕澎，李平华，支源，高忠峰，庄须叶

单位：邹昕澎,山东理工大学机械工程学院淄博255000,,李平华,山东理工大学机械工程学院淄博255000,,支源,山东理工大学机械工程学院淄博255000,,高忠峰,山东理工大学机械工程学院淄博255000,,庄须叶,山东理工大学机械工程学院淄博255000,zxye@sdut.edu.cn,

关键词：MEMS陀螺仪;温度漂移;振动误差;VMD;LSTM;Kalman滤波;数据融合

基金：山东省自然科学基金项目（ZR2021MF042）、泰山学者青年专家项目（tsqn201909108）资助

微机电系统（MEMS）陀螺仪因其低成本、小型化及高实用性的核心特性,在多个领域得到了广泛的应用,但在温度与振动耦合的复杂环境下,会导致陀螺仪输出精度劣化。在宽温域交变与持续振动激励的复合动态扰动下,陀螺仪输出信号中温度漂移与振动误差相互混叠,导致传统单一因素补偿方法的误差抑制能力显著下降。目前,针对温度变化与随机振动共存环境下的系统误差补偿研究仍较为缺乏,相关技术手段尚处于空白状态。为解决温振耦合干扰下信号混叠的问题,故提出一种基于虚拟陀螺技术的变分模态分解-长短期记忆网络-改进的Sage-Husa自适应卡尔曼滤波（VMD-LSTM-SHAKF）误差补偿模型,首次实现了温振耦合环境下MEMS陀螺的温度漂移与振动误差补偿。该方法通过VMD从温振耦合信号中提取温漂多尺度特征并滤除部分振动误差,结合LSTM动态补偿温度漂移,并使用改进的SHAKF算法对四陀螺仪阵列的补偿信号进行数据融合,进一步抑制振动引起的随机误差,提高系统的整体输出精度。设计了系统化的静态变温实验,采集了不同温度梯度与振动条件组合下陀螺仪阵列的输出数据。实验分析表明,经VMD-LSTM-SHAKF算法处理后,陀螺仪系统的1σ标准差降低至0.0339°/s,角度随机游走降低至0.5558°/h,与性能最优的单陀螺仪相比,误差降低94.32%。该研究为解决复杂环境下MEMS陀螺的误差补偿问题提供了有效方案，对其工程化应用具有一定的参考价值。

来源：2025年第10期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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