CN101387524A - 一种适用于光纤陀螺的偏置温度误差测试与补偿系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于光纤陀螺的偏置温度误差测试与补偿系统，该偏置温度误差测试与补偿系统通过三个温度传感器分别对光源1、光纤环4在工作时的环境温度进行采集，将采集得到的三个温度进行温度平均值T求取，然后对温度平均值T、以及光纤环内外温度差ΔT进行移位和乘积累加存取处理获得温度影响下的偏置角速度

，最后用A/D转换器62输出的角速度Ω₀减去偏置角速度

获得光纤陀螺经补偿后的角速度Ω。

Description

一种适用于光纤陀螺的偏置温度误差测试与补偿系统

技术领域

本发明涉及一种温度测试系统，更特别地说，是指一种适用于光纤陀螺的偏置温度误差测试与补偿系统。

背景技术

干涉型光纤陀螺是一种测量角速度的仪器，其硬件包括光源1、耦合器2、Y波导3、光纤环4、探测器5和信号处理装置6组成(请参见图1所示)。所述的光纤环4是在骨架41上缠绕保偏光纤43形成，骨架41的中心为套筒42(请参见图1B所示)。所述的信号处理装置6包括用于检测探测器5输出的光功率信号的检测电路61、A/D转换器62、中心处理器63、D/A转换器64和放大调理电路65组成(请参见图1A所示)。干涉型光纤陀螺对角速度的测量是通过在光纤环4中传播的两束相向的光在光纤陀螺自身的转动中，引起的非互易相位差的大小来表征的。陀螺是敏感相对于惯性空间角运动的装置。它作为一种重要的惯性敏感器，用于测量运载体的姿态角和角速度，是构成惯性系统的核心器件。应用在飞行器导航、舰船导航和陆用导航中。

温度漂移是影响光纤陀螺工程应用的重要因素。光纤折射率、光波长、光纤环几何尺寸、光源输出功率和电路增益等参数都对温度敏感，因此，光纤陀螺精度不可避免地要受到温度的很大影响。

对于体积较小的中精度光纤陀螺来说，从机理上消除温度漂移难度很大，而温度漂移建模补偿是一个简单、快捷的解决方法。可以很好的补偿光纤陀螺受温度影响而产生的漂移，使陀螺精度有很大提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于光纤陀螺的偏置温度误差测试与补偿系统，该偏置温度误差测试与补偿系统通过三个温度传感器分别对光源1、光纤环4在工作时的环境温度进行采集，将采集得到的三个温度进行温度平均值T求取，然后对温度平均值T、以及光纤环内外温度差ΔT进行移位和乘积累加存取处理获得温度影响下的偏置角速度

最后用A/D转换器62输出的角速度Ω₀减去偏置角速度

获得光纤陀螺经补偿后的角速度Ω。

在本发明中，第一温度T₁、第二温度T₂和第三温度T₃均是在光纤陀螺工作时采集的工作环境温度。第一温度T₁是指A温度传感器7采集的光源1的工作环境温度。第二温度T₂是指B温度传感器8采集的骨架41上的工作环境温度。第三温度T₃是指C温度传感器9采集的套筒42壁上的工作环境温度。

本发明偏置温度误差测试与补偿系统的优点在于：通过三个工作环境温度之间的平均值，以及光纤环的内外温度差值与多元线性回归模型的逐步处理方式，得光纤陀螺输出的角速度精度得到提高。

附图说明

图1是用于测试光纤陀螺在工作状态下的温度采集结构示图。

图1A是中心处理器的结构图。

图1B是两个温度传感器与光纤环的安装位置简示图。

图2是本发明温度平均-移位和乘积累加存取模块的结构框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

本发明偏置温度误差测试与补偿系统是用于对现有光纤陀螺中温度造成的光纤陀螺输出角速度误差的补偿处理，在补偿过程中，首先采集光纤陀螺不同位置处的温度(第一温度T₁、第二温度T₂和第三温度T₃)并对采集得到的温度进行温度平均值T求取，然后对温度平均值T、以及光纤环内外温度差ΔT进行移位和乘积累加存取处理获得温度影响下的偏置角速度

，最后用A/D转换器62输出的角速度Ω₀减去偏置角速度获得光纤陀螺经补偿后的角速度Ω。

三个温度传感器的布置(参见图1、图1B所示)：A温度传感器7安装在光源1上，A温度传感器7的输出端与信号处理装置6连接，即信号处理装置6接收由A温度传感器7输出的第一温度T₁；B温度传感器8安装在光纤环4的骨架41上，B温度传感器8的输出端与信号处理装置6连接，即信号处理装置6接收由B温度传感器8输出的第二温度T₂；C温度传感器9安装在光纤环4的套筒42内壁上，C温度传感器9的输出端与信号处理装置6连接，即信号处理装置6接收由C温度传感器9输出的第三温度T₃。光纤环4的内外温度差ΔT＝|T₂-T₃|。

在光纤陀螺中，中心处理器63一般采用DSP处理器芯片。本发明人采用汇编语言(CCS 3.1版本)在DSP处理器芯片上编写出温度平均-移位和乘积累加存取模块。

参见图2所示，该温度平均-移位和乘积累加存取模块包括有温度平均单元、移位累加存取单元和差值比较单元；温度平均单元用于对第一温度T₁、第二温度T₂和第三温度T₃求取温度平均值T计算，即T＝(T₁+T₂+T₃)/3；同时获得第二温度T₂与第三温度T₃的光纤环内外温度差值ΔT。移位累计存取单元根据温度平均值T、光纤环内外温度差ΔT进行移位和乘积累加存取处理获得温度影响下的偏置角速度

最后在差值比较单元中用A/D转换器62输出的角速度Ω₀减去偏置角速度

获得光纤陀螺经补偿后的角速度Ω，即 $\mathrm{\Ω}={\mathrm{\Ω}}_0-\widehat{\mathrm{\Ω}}.$

在本发明中，移位累加存取单元依据了多元线性回归模型 $\widehat{\mathrm{\Ω}}=d_0+d_1\mathrm{\ΔT}+d_{2}T+d_3{\mathrm{\ΔT}}^2+d_4{T}^2+d_5\mathrm{\ΔTT}+d_6{\mathrm{\ΔT}}^{2}T+d_7{\mathrm{\ΔTT}}^2+d_8{\mathrm{\ΔT}}^3+d_9{T}^3$ 获得偏置角速度式中，d₀、d₁、d₂、d₃、d₄、d₅、d₆、d₇、d₈、d₉分别表示模型回归系数。

在本发明中，对于多元线性回归模型的建立采用了逐步法选择输入变量的处理方式。其步骤为：

第一步：前向选择

在所考察的全部变量中，按对目标函数作用的显著程度大小，取最显著的变量，逐一引入回归方程。当前引入方程的是与经过前一个引入方程的变量修正后的目标函数相关性最大的那个变量，也就是与前一步中的残差有着最大的简单相关系数的变量。

第二步：后向剔除

对当前所有引入方程的变量的回归系数进行显著性检验，剔除不显著的变量。若有多个变量的回归系数不显著，则剔除最不显著的那个变量，然后，用剩下的变量拟合方程并对新回归系数进行显著性检验，直到所有回归系数均显著。

第三步：重复第一步、第二步，直至没有新变量能引入方程，且已引入方程的所有变量均不需剔除为止。利用这些变量建立多元线性回归模型方程。

应用本发明的偏置温度误差测试是在带温箱的位置转台上进行，测试的温度范围是-40℃～+60℃，考虑到光纤陀螺实际的应用环境条件，同时为了提高多元线性回归模型的环境适应性，分别选取了0.5℃/min、1℃/min和2℃/min三种温变速率，每个温变速率都进行一个升降温循环测试。数据取样间隔为1s，同步采集光纤陀螺输出角速度Ω、第一温度T₁、第二温度T₂和第三温度T₃。经本发明的偏置温度误差测试与补偿系统的光纤陀螺，其输出角速度Ω的精度得到提高。

Claims (2)

1、一种适用于光纤陀螺的偏置温度误差测试与补偿系统，光纤陀螺包括光源(1)、耦合器(2)、Y波导(3)、光纤环(4)、探测器(5)和信号处理装置(6)，所述的光纤环(4)是在骨架(41)上缠绕保偏光纤(43)形成，骨架(41)的中心为套筒(42)，所述的信号处理装置(6)包括用于检测探测器(5)输出的光功率信号的检测电路(61)、A/D转换器(62)、中心处理器(63)、D/A转换器(64)和放大调理电路(65)；其特征在于：在中心处理器(63)中采用汇编语言编写有温度平均-移位和乘积累加存取模块；

A温度传感器(7)安装在光源(1)上，A温度传感器(7)的输出端与信号处理装置(6)连接，即信号处理装置(6)接收由A温度传感器(7)输出的第一温度T₁；

B温度传感器(8)安装在光纤环(4)的骨架(41)上，B温度传感器(8)的输出端与信号处理装置(6)连接，即信号处理装置(6)接收由B温度传感器(8)输出的第二温度T₂；

C温度传感器(9)安装在光纤环(4)的套筒(42)内壁上，C温度传感器(9)的输出端与信号处理装置(6)连接，即信号处理装置(6)接收由C温度传感器(9)输出的第三温度T₃；

光纤环(4)的内外温度差ΔT＝|T₂-T₃|；

该温度平均-移位和乘积累加存取模块包括有温度平均单元、移位累加存取单元和差值比较单元；温度平均单元用于对第一温度T₁、第二温度T₂和第三温度T₃求取温度平均值T计算，即T＝(T₁+T₂+T₃)/3；同时获得第二温度T₂与第三温度T₃的光纤环内外温度差值ΔT；移位累加存取单元根据温度平均值T、光纤环内外温度差ΔT进行移位和乘积累加存取处理获得温度影响下的偏置角速度

，最后在差值比较单元中用A/D转换器62输出的角速度Ω₀减去偏置角速度

获得光纤陀螺经补偿后的角速度Ω，即 $\mathrm{\Ω}={\mathrm{\Ω}}_0-\widehat{\mathrm{\Ω}}.$

2、根据权利要求1所述的适用于光纤陀螺的偏置温度误差测试与补偿系统，其特征在于：移位累加存取单元依据了多元线性回归模型 $\widehat{\mathrm{\Ω}}=d_0+d_1\mathrm{\ΔT}+d_{2}T+d_3{\mathrm{\ΔT}}^2+d_4{T}^2+d_5\mathrm{\ΔTT}+d_6{\mathrm{\ΔT}}^{2}T+d_7{\mathrm{\ΔTT}}^2+d_8{\mathrm{\ΔT}}^3+d_9{T}^3$ 获得偏置角速度

；式中，d₀、d₁、d₂、d₃、d₄、d₅、d₆、d₇、d₈、d₉分别表示模型回归系数。

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