CN102135428B - 一种光纤陀螺温度补偿的方法 - Google Patents
一种光纤陀螺温度补偿的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102135428B CN102135428B CN 201010101009 CN201010101009A CN102135428B CN 102135428 B CN102135428 B CN 102135428B CN 201010101009 CN201010101009 CN 201010101009 CN 201010101009 A CN201010101009 A CN 201010101009A CN 102135428 B CN102135428 B CN 102135428B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fog
- axle
- navint
- optical fibre
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
本发明提供的一种光纤陀螺温度补偿的方法，包括步骤：对光纤陀螺进行温度值测量并采集；将所述温度值带入光纤陀螺X轴、Y轴和Z轴的角速度修正运算，求得所述各轴的角速度修正值；根据所述各轴的角速度修正值计算出光纤陀螺X轴、Y轴和Z轴各自的温度补偿值。从而实现缩短光纤陀螺的启动时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种对光纤陀螺输出精度进行温度补偿的方法。
背景技术
光纤陀螺作为一种基于萨格奈克(Sagnac)效应的新型角速度传感器，属纯光学、静止性陀螺，从本质摆脱了转子陀螺的范畴，具有无转动部件的全固态结构，可靠性高，抗冲击和抗加速度能力强，启动时间短，动态范围宽，功耗低，体积小，质量轻等优点。随着各项关键技术的成熟，光纤陀螺作为重要的角速率传感器在导弹控制、飞机导航、大地测量等众多领域起着关键作用。
光纤陀螺的精度容易受到许多环境因素的限制，其中最主要的是由于温度变化引起的热非互易效应的影响。当环境温度变化时，光纤陀螺的传感器线圈内各处的温度随之以不同的速度在变化。光纤陀螺传感器线圈内各部分的折射率等参数也相应在变化。所以当互逆光在不同的时刻通过光纤陀螺的传感器线圈中的同一段光纤时，所经历的光程不同，相位改变也不同。这样，即使被测对象没有转动，由于温度的变化，互逆光之间也存在相位差，由此引入了误差，严重限制了光纤陀螺的精度。目前在国内多采用加入温度补偿电路来解决这一问题，而加入温度补偿电路后由于收硬件的影响，使光纤陀螺的启动时间较长，国内大部分都在2秒左右才能进入工作状态。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种光纤陀螺温度补偿的方法，以实现大大缩短光纤陀螺的启动时间的目的。
本发明提供的一种光纤陀螺温度补偿的方法，包括步骤：
A、对光纤陀螺进行温度值测量并采集；
B、将所述温度值带入光纤陀螺X轴、Y轴和Z轴的角速度修正运算，求得所述各轴的角速度修正值；
C、根据所述各轴的角速度修正值计算出光纤陀螺X轴、Y轴和Z轴各自的温度补偿值。
由上可以看出，上述方法实现了对光纤陀螺输出精度进行温度补偿。
上述的方法，其特征在于，步骤B所述修正运算为：将温度值被耦合后产生定义温度的字符串根据航姿系统的硬件通讯协议向左进行移位运算后与光纤陀螺各轴的标度因数相乘，得到光纤陀螺X轴、Y轴和Z轴各自的角速度修正值。
由上可以看出，通过将温度值转化格式后参与光纤陀螺各轴角速度修正，可以很好的补偿温度对光纤陀螺各轴角速度的影响。
上述的方法，其特征在于，步骤C所述计算包括公式：
Navint＝fog_x1×100000.0；
(Navint+1)＝fog_y1×100000.0；
(Navint+2)＝fog_z1×100000.0；
Xw＝|fog_x2-Navint|；
Yw＝|fog_y2-(Navint+1)|；
Zw＝|fog_z2-(Navint+2)|；
fog_xf＝fog_x1+Xw；
fog_yf＝fog_x1+Yw；
fog_zf＝fog_x1+Zw；
其中，fog_x1、fog_y1和fog_z1分别是X轴、Y轴和Z轴的初始角速度值，fog_x2、fog_y2和fog_z2分别是X轴、Y轴和Z轴的角速度修正值，Navint、Navint+1和Navint+2分别是X轴、Y轴和Z轴的零点值，Xw、Yw和Zw分别为X轴、Y轴和Z轴的温度补偿值，fog_xf、fog_yf和fog_zf分别为X轴、Y轴和Z轴经温度补偿后的角速度值。
由上可以看出，通过上述公式计可以较为简单地算出光纤陀螺各轴零点值，并根据各轴零点值可以快速地求得经温度补偿后光纤陀螺各轴的角速度补偿值。经修正后的角速度得到温度补偿，提高了光纤陀螺输出精度。
附图说明
图1为本方明光纤陀螺温度补偿方法的工作流程图；
图2为本发明光纤陀螺温度补偿方法的数字温度计内部结构图；
图3为本发明光纤陀螺温度补偿方法的FPGA与DSP的接口结构图。
具体实施方式
本发明实施例考虑到航姿系统位置空间有限，且功耗要低，采用了Dallas Semiconductor公司推出的单总线芯片数字温度计(1-WireDigital Thermometer)DS18B20，如图2所示，DS18B20为一线制器件。本发明方法的高效实现，与其实施在一个高效率计算机平台上密不可分。在本实施例中，为了能够显著提高光纤陀螺的性能，作为与DS18B20数据通信的主设备，如图3所示，采用了DSP加FPGA结构的导航计算机，即DSP作为导航算法和航姿系统控制的处理器，一块大容量FPGA集成系统所有I/O功能。高速浮点DSP芯片用于运算和航姿系统控制，大容量FPGA实现外围输入输出接口，如多串行口、数据采集缓存等硬件电路，使数据采集和数据通信等I/O任务由FPGA实现，从而使DSP专注于复杂算法的运算。
根据基于DSP加FPGA的导航计算机方案，FPGA作为DSP的协处理器，应设在DSP的外部存储单元0B00000h-0BFFFFFh，负责与DS18B20的接口电路设计和温度数据采集。
下面结合图1、2、3对本发明光纤陀螺温度补偿的方法进行详细地介绍。
步骤101：对光纤陀螺进行温度值测量，并将通过测量采集到的温度值通过温度传感器接口保存在高速暂存器203中。
如图2所示，DS18B20主要由温度传感器202，高温触发器204、低温触发器205和配置寄存器206等组成。DS18B20只要通过DQ201数据线发送一次测温的命令，并正确接收到命令字节后，该数字温度计会通过使用内置的温度传感器202进行一次温度测量，得到的温度值以两个字节的形式进入到高速暂存器203，当用户需要读出温度值时，发送读取温度命令，通过DQ201数据线读出。
步骤102：DSP读取高速暂存器203中的上述温度值，通过温度值参与光纤陀螺三轴(X轴，Y轴和Z轴)的运算，修正光纤陀螺轴各自的角速度。
首先，根据前级硬件(FPGA)特点，对由温度传感器202采集来的温度值进行耦合产生定义温度的字符串，并采用以下公式进行数据处理，实现温度对三轴角速度影响的可运算公式。
fog_x2＝-((fog[0]＜＜24|(fog[1]＜＜16|(fog[2]＜＜8))/256×标度因数；
fog_y2＝((fog[3]＜＜24|(fog[4]＜＜16|(fog[5]＜＜8))/256×标度因数；
fog_z2＝-((fog[6]＜＜24|(fog[7]＜＜16|(fog[8]＜＜8))/256×标度因数；
其中，fog_x2为X轴角速度修正值；fog_y2为Y轴角速度修正值；fog_z2为Z轴角速度修正值；标度因数是指光纤陀螺输出量与输入角速率的比值，是根据整个输入速率范围内侧得的输入输出数据，用最小二乘法拟合求出的直线的斜率，由该拟合直线得出的标度因数，作为使用提供数值依据。标度因数的精度直接影响光纤陀螺的精度。本实施例中的标度因数是通过常规的标度因数实验获得。
上述公式中，温度值被耦合后产生定义温度的字符串(fog[n]，n＝9)向左移动相应的位数；将通过移位运算后得到的数据的后四位不参与温度补偿运算的无效数据移除，使其数据格式满足本实施例航姿系统中的硬件通信协议；接着根据硬件通信协议除以256得到每个光纤陀螺的三轴角速度与温度值的关系，并乘以用于减小误差的、起加权系数作用的标度因数，来减少三轴间的相互影响。由此得出与光纤陀螺输出矩阵相同量级的三轴的角速度修正值。
步骤103：定义三轴的零点值，即，将三轴的初始角速度值各乘以固定系数，如以下公式，并将由步骤102计算得出的三轴的角速度修正值与所述零点值进行比较计算得出三轴各自的温度补偿值。
Navint＝fog_x1×100000.0；
(Navint+1)＝fog_y1×100000.0；
(Navint+2)＝fog_z1×100000.0；
其中，fog_x1、fog_y1和fog_z1分别是X轴、Y轴和Z轴的初始角速度值，将fog_x1、fog_y1和fog_z1分别与系数100000.0(通过实验获得)相乘，求得用于和步骤102计算得出的三轴的角速度修正值进行比较的零点值(常温)Navint、Navint+1和Navint+2，即Navint、Navint+1和Navint+2分别是X轴、Y轴和Z轴的零点值。
Xw＝|fog_x2-Navint|；
Yw＝|fog_y2-(Navint+1)|；
Zw＝|fog_z2-(Navint+2)|；
fog_xf＝fog_x1+Xw；
fog_yf＝fog_x1+Yw；
fog_zf＝fog_x1+Zw；
其中，Xw、Yw和Zw分别为X轴、Y轴和Z轴的温度补偿值；fog_xf、fog_yf和fog_zf分别为X轴、Y轴和Z轴经温度补偿后的角速度值。
在常温状态下(通常以光纤陀螺所处环境温度为准)，将从步骤102中计算得到的三轴的角速度修正值与零点值进行比较，即所述三轴的角速度修正值与各自的零点值进行减法计算求得差的绝对值，即温度补偿值。最后将各轴的温度补偿值与各轴的初始角速度值相加，得到修正后的角速度值，并输出该角速度值至姿态矩阵，由姿态矩阵实现根据上述修正后的三轴角速度值进行导航参数、姿态和方位的计算。
姿态矩阵通常由四元数法解算。求解四元数微分方程虽然求解方程的个数比欧拉角多一个，但在进行数值积分求解时只需进行加减法和乘法运算，求解的计算量要比欧拉角法少得多。与方向余弦法比较，则具有所求参数少，计算量小，计算精度高、高可避免奇异性、无歪斜误差、可以全姿态工作等优点而得到广泛应用的特点。
通过本发明的温度补偿方法，实现了硬件上电后，光纤陀螺启动时间由通常的2秒缩短到0.02秒，可以迅速达到工作温度，进行光纤陀螺的采集。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种光纤陀螺温度补偿的方法，其特征在于，包括步骤：
A、对光纤陀螺进行温度值测量并采集；
B、将所述温度值带入光纤陀螺X轴、Y轴和Z轴的角速度修正运算，求得所述各轴的角速度修正值，具体为：
将温度值被耦合后产生定义温度的字符串根据航姿系统的硬件通讯协议向左进行移位运算后与光纤陀螺各轴的标度因数相乘，得到光纤陀螺X轴、Y轴和Z轴各自的角速度修正值；
C、根据所述各轴的角速度修正值计算出光纤陀螺X轴、Y轴和Z轴各自的温度补偿值，其中，所述计算包括以下公式：
Navint＝fog_x1×100000.0；
(Navint+1)＝fog_y1×100000.0；
(Navint+2)＝fog_z1×100000.0；
Xw＝|fog_x2-Navint|；
Yw＝|fog_y2-(Navint+1)|；
Zw＝|fog_z2-(Navint+2)|；
fog_xf＝fog_x1+Xw；
fog_Yf＝fog_x1+Yw；
fog_zf＝fog_x1+Zw；
其中，fog_x1、fog_y1和fog_z1分别是X轴、Y轴和Z轴的初始角速度值，fog_x2、fog_y2和fog_z2分别是X轴、Y轴和Z轴的角速度修正值，Navint、Navint+1和Navint+2分别是X轴、Y轴和Z轴的零点值，Xw、Yw和Zw分别为X轴、Y轴和Z轴的温度补偿值，fog_xf、fog_yf和fog_zf分别为X轴、Y轴和Z轴经温度补偿后的角速度值。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010101009 CN102135428B (zh) | 2010-01-25 | 2010-01-25 | 一种光纤陀螺温度补偿的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010101009 CN102135428B (zh) | 2010-01-25 | 2010-01-25 | 一种光纤陀螺温度补偿的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102135428A CN102135428A (zh) | 2011-07-27 |
| CN102135428B true CN102135428B (zh) | 2012-06-27 |
Family
ID=44295279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201010101009 Active CN102135428B (zh) | 2010-01-25 | 2010-01-25 | 一种光纤陀螺温度补偿的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102135428B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102435205A (zh) * | 2011-09-05 | 2012-05-02 | 工业和信息化部电子第五研究所 | 光纤陀螺可靠性预计模型 |
| CN102650527B (zh) * | 2012-05-25 | 2014-12-03 | 北京航空航天大学 | 一种基于时间序列分析消噪的光纤陀螺温度补偿方法 |
| CN102865882B (zh) * | 2012-05-29 | 2015-02-25 | 浙江大学 | 一种光纤陀螺启动时间的判定方法 |
| CN109839124A (zh) * | 2017-11-24 | 2019-06-04 | 北京自动化控制设备研究所 | 一种mems陀螺仪标度因数温度补偿方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5416585A (en) * | 1994-05-19 | 1995-05-16 | Alliedsignal Inc. | Fiber optic gyro drift rate compenstion based on temperature |
| CN1687707A (zh) * | 2005-06-07 | 2005-10-26 | 中国航天时代电子公司 | 光纤陀螺惯测装置快速启动和精度保证的工程实现方法 |
| CN201266087Y (zh) * | 2008-09-05 | 2009-07-01 | 北京七维航测科技发展有限公司 | 角速率陀螺 |
-
2010
- 2010-01-25 CN CN 201010101009 patent/CN102135428B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5416585A (en) * | 1994-05-19 | 1995-05-16 | Alliedsignal Inc. | Fiber optic gyro drift rate compenstion based on temperature |
| CN1687707A (zh) * | 2005-06-07 | 2005-10-26 | 中国航天时代电子公司 | 光纤陀螺惯测装置快速启动和精度保证的工程实现方法 |
| CN201266087Y (zh) * | 2008-09-05 | 2009-07-01 | 北京七维航测科技发展有限公司 | 角速率陀螺 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JP特开平4-337417A 1992.11.25 |
| 王仲涛,张成,左瑞芹.光纤陀螺温度数据采集系统的研究.《应用科技》.2006,第33卷(第2期),第56-58页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102135428A (zh) | 2011-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1322312C (zh) | 一种小体积开环光纤陀螺捷联惯性测量装置 | |
| CN101922938B (zh) | 一种高精度pos用激光陀螺惯性测量系统 | |
| CN102135428B (zh) | 一种光纤陀螺温度补偿的方法 | |
| CN102620729B (zh) | 一种机抖激光陀螺惯性测量单元数字滤波器设计方法 | |
| CN101387524B (zh) | 一种适用于光纤陀螺的偏置温度误差测试与补偿系统 | |
| CN106052682B (zh) | 一种混合式惯性导航系统及导航方法 | |
| CN103900559A (zh) | 一种基于干扰估计的高精度姿态解算系统 | |
| CN105352487A (zh) | 一种姿态测量系统的精度校准方法 | |
| CN102289306A (zh) | 姿态感知设备及其定位、鼠标指针的控制方法和装置 | |
| CN107270884A (zh) | 一种光纤陀螺及抑制输出零偏随温度变化漂移的方法 | |
| CN102135430A (zh) | 一种基于光纤陀螺的捷连航姿系统 | |
| CN102243080A (zh) | 高精度光纤陀螺带温度补偿的信号检测方法及装置 | |
| CN101968380A (zh) | 超低频振动计量器具校准系统及其激光干涉仪 | |
| CN101183004A (zh) | 一种在线实时消除光纤陀螺捷联惯导系统振荡误差的方法 | |
| CN206074000U (zh) | 一种基于重力辅助的水下潜器惯性导航系统 | |
| CN103185645A (zh) | 应用于风机控制系统的高精度温度检测装置及检测方法 | |
| CN102003957A (zh) | 四频激光陀螺零偏补偿方法 | |
| CN108072364A (zh) | 微惯性测量装置 | |
| Meshkovsky et al. | Three-axis fiber-optic gyroscope: Development and test results | |
| CN201397343Y (zh) | 惯性测量装置 | |
| CN201600142U (zh) | 一种捷联航姿系统 | |
| CN103399651A (zh) | 空间鼠标的数据发送方法、控制鼠标指针的方法 | |
| CN104048658A (zh) | 一种使用基于姿态生成的设备来降低数据速率和功率消耗的方法 | |
| CN104613955B (zh) | 一种兼顾大角速率和高精度的光纤陀螺 | |
| CN113865576B (zh) | 基于插值的光纤陀螺、磁温交联耦合误差补偿方法及系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 100085, Ka Wah building, No. 9, 3 Street, Beijing, Haidian District, F604 Patentee after: Beijing three Chi inertial Polytron Technologies Inc Address before: 100085, Ka Wah building, No. 9, 3 Street, Beijing, Haidian District, F604 Patentee before: Beijing Sanchi Technoogy Development Co., Ltd. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |