CN102538822A - 光纤陀螺仪的动态特性快速测试标定方法 - Google Patents

Abstract

光纤陀螺仪的动态特性快速测试标定方法，在光纤陀螺数字闭环信号处理过程中引入附加调制相位，来模拟外部载体转动引起的光学非互易性Sagnac相位，采用分段调制相位的办法，对光纤陀螺输出数据进行分段处理，来标定光纤陀螺的标度因数，并分析光纤陀螺标度因数的非线性度、不对称性及重复性。本发明从光纤陀螺数字闭环信号处理方法入手，以一种全新的方法从整体上来评估光纤陀螺的动态特性，解决在现有的标定过程中，由于测试方法及标定设备技术指标限制导致测试结果的准确性较差以及测试精度较低的问题，具有测试过程简捷、标定精度高的特点，并且可以单次完成多套光纤陀螺的测试标定。

Description

光纤陀螺仪的动态特性快速测试标定方法

技术领域

本发明属于惯性测量技术领域，涉及对光纤陀螺仪动态特性测试与评估，适用于光纤陀螺仪动态范围及标度因数特性的快速测试与标定，为一种光纤陀螺仪的动态特性快速测试标定方法。

背景技术

光纤陀螺是光纤传感领域中重要的一员，它是建立在Sagnac效应基础上的光学干涉仪，即在闭合光路中从同一光源发出两束特征相同的光，沿相反的方向传播，并汇合至同一探测点而产生干涉；若闭合光路相对惯性空间存在闭合光路法向轴线方向的角速度，则沿正、反方向传播的光束产生光程差，该光程差对应的相位差与角速度成正比，光纤陀螺的信号处理系统通过对光波相位差进行调制解调，得到载体的转动角速度。光纤陀螺仪具有全固态设计、结构简单、抗冲击、频带宽、平均无故障时间长、功耗低等优点，光纤陀螺仪在捷联惯导系统中的应用使捷联技术的优势更加突出，在航空、航天、航海、兵器等导航控制系统、姿态控制系统以及相关领域中，有着广阔的应用前景。目前，光纤陀螺技术趋于成熟，已经进入中等精度实用阶段，正在向高精度方向发展。

目前，国内外对光纤陀螺的静态特性测试已经形成了统一的方法，而对光纤陀螺的动态特性的研究并不是很多，然而，光纤陀螺的动态特性是表征其可靠性和环境适应性的重要性能指标，它的好坏直接决定了陀螺的应用范围，光纤陀螺的测试方法在一定程度上制约着光纤陀螺精度的提高。高精度的光纤陀螺必须具备良好的动态特性。当光纤陀螺作为捷联惯性导航器件直接固联在飞机、导弹或舰船等运动载体上时，在恶劣的动力学环境下工作，其载体的角运动引起的动态误差是光纤陀螺的主要误差源之一，也是衡量光纤陀螺动态特性的主要指标，因此，测试分析光纤陀螺的动态特性是确定光纤陀螺可靠性的重要依据。

目前，光纤陀螺仪的动态特性测试标定过程是在精密三轴转台上面完成，测试标定过程中，由于测试过程中存在转台间隙及安装误差问题，另外转台存在标定转速范围等技术指标限制，导致光纤陀螺动态特性测试结果的准确性较差、测试过程繁琐、效率低等方面的问题。

发明内容

本发明要解决的问题是：目前对光纤陀螺的动态特性的研究并不是很多，现有测试方法存在准确性较差、测试过程繁琐、效率低等方面的问题。

本发明的技术方案为：光纤陀螺仪的动态特性快速测试标定方法，在光纤陀螺数字闭环信号处理过程中引入附加调制相位，来模拟外部载体转动引起的光学非互易性Sagnac相位，得到电压调制相位测试系统，在此基础上建立电压与外部角速率的分析模型，分段调制相位电压，模拟外部载体不等的运动角速率，测试光纤陀螺的最大量程，依据光纤陀螺的最小分辨率及最大量程，得出动态范围，并计算标度因数，得到光纤陀螺标度因数的非线性度、不对称性和重复性，完成光纤陀螺仪的动态特性快速测试标定。

本发明包括以下步骤：

1)建立光纤陀螺动态特性系统，系统由调制相位电压控制器、三套被测光纤陀螺、数据录取设备及数据分析系统组成，三套被测光纤陀螺置于固定平台，光纤陀螺输出数据按照串行数据格式输出至数据录取单元，然后由数据录取单元将不同调制电压对应的转速数据传至数据分析系统，各光纤陀螺的电光调制信号线分别引出，连接至调制相位电压控制器，测试标定前对光纤陀螺充分预热，进入步骤2)；

2)设置调制相位电压控制器输出电压为零值，分别记录三套光纤陀螺输出数值：F₁₀，F₂₀，F₃₀；

3)设置调制相位电压控制器输出电压，逐步增大输出电压，电压增大量具有等间隔，直至超过光纤陀螺的集成光学芯片的半波电压，共输出n个电压值，分别记录三套光纤陀螺对应不同电压量值时的输出数值为F₁₁，F₁₂，...F_1n；F₂₁，F₂₂，...F_2n；F₃₁，F₃₂，...F_3n；

4)对光纤陀螺断电十分钟，再重新上电，预热之后，设置调制相位电压控制器输出电压为零值，分别记录三套光纤陀螺输出数值为NF₁₀，NF₂₀，NF₃₀，设置调制相位电压控制器输出电压为步骤3)中输出电压值的反向电压，共n个电压值，输入电压按从小到大的顺序变化，分别记录三套光纤陀螺对应不同电压量值时的输出数值为NF₁₁，NF₁₂，...NF_1n；NF₂₁，NF₂₂，...NF_2n；NF₃₁，NF₃₂，...NF_3n；

5)依据步骤3)和步骤4)所记录的三套光纤陀螺对应不同电压量值时的输出数值确定出光纤陀螺的量程，按照标度因数计算公式得出光纤陀螺的标度因数；

6)依据光纤陀螺的最小分辨率及最大量程，得出动态范围，分析标度因数计算结果，评估光纤陀螺的标度因数非线性度、不对称性和重复性。

步骤3)中记录的三套光纤陀螺对应不同电压量值时的输出数值扣除光纤陀螺启动之前的初始数据F₁₀，F₂₀，F₃₀，再求出不同电压输入下三套光纤陀螺仪输出的平均值；

步骤4)中记录三套光纤陀螺对应不同电压量值时的输出数值后扣除初始数据NF₁₀，NF₂₀，NF₃₀，再求出不同反转输入电压下三套光纤陀螺仪输出的平均值。

标度因数计算方法为：

设

为第j个输入电压时光纤陀螺仪输出数据的平均值，F_jt为光纤陀螺仪在第j个输入电压时的第t个输出值；

为测试开始时，光纤陀螺仪输出的平均值；N为数据采样个数，标度因数计算方法见公式(1)～(11)：

${\stackrel{\‾}{F}}_j=\frac{1}{N}\underset{t=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{\mathrm{jt}}---\left(1\right)$

$F_j={\stackrel{\‾}{F}}_j-{\stackrel{\‾}{F}}_{\mathrm{zero}}---\left(2\right)$

建立光纤陀螺仪输入输出关系的线性模型：

F_j＝K·V_ij+F₀+Δ_j                (3)

其中，K为标度因数；F₀为拟合零位；Δ_j为拟合误差；

采用第i个光纤陀螺在n组不同电压V_ij下的数值F_j，用最小二乘法求K、F₀：

$K=\frac{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{ij}}\·F_j-\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{ij}}\·\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{F}_j}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{ij}}^2-\frac{1}{n}{\left(\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{ij}}\right)}^2}---\left(4\right)$

$F_0=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{F}_j-\frac{K}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{ij}}---\left(5\right)$

标度因数非线性度计算为：

用拟合直线表示光纤陀螺仪输入输出关系，如下：

${\hat{F}}_j=K\·V_{\mathrm{ij}}+F_0---\left(6\right)$

其中，为第j个输入电压V_ij所对应拟合直线上计算的光纤陀螺仪输出值；

按公式(7)计算光纤陀螺仪输出特性的逐点非线性偏差：

${\mathrm{\α}}_j=\frac{{\hat{F}}_j-F_j}{\left|F_m\right|}---\left(7\right)$

其中，F_m为光纤陀螺仪输出的单边幅值；

按公式(8)计算标度因数非线性度：

K_n＝max|α_j|                    (8)

标度因数不对称性计算方法：

分别求出正电压、反转电压范围内光纤陀螺仪标度因数及其平均值，计算标度因数不对称性：

$K_{\mathrm{\α}}=\frac{|K_{(+)}-K_{(-)}|}{\stackrel{\‾}{K}}---\left(9\right)$

$\stackrel{\‾}{K}=\frac{K_{(+)}+K_{(-)}}{2}---\left(10\right)$

其中，K₍₊₎为正电压输入范围内光纤陀螺仪标度因数；K_(-)为反电压输入范围内光纤陀螺仪标度因数；K_α为标度因数不对称性；

为标度因数平均值；

标度因数重复性计算方法：

重复6次以上测试光纤陀螺仪标度因数，两次测试之间光纤陀螺仪关机冷却至室温；

按公式(11)计算标度因数重复性K_r：

$K_r=\frac{1}{\stackrel{\‾}{K}}{\left[\frac{1}{(Q-1)}\underset{i=1}{\overset{Q}{\mathrm{\Σ}}}{(K_i-\stackrel{\‾}{K})}^2\right]}^{\frac{1}{2}}---\left(11\right)$

其中，Q为重复测试次数。

本发明提供的是一种针对光纤陀螺仪的动态特性快速测试标定方法，以解决在现有的标定过程中，由于测试方法及标定设备技术指标限制导致测试结果的准确性较差以及测试精度较低的问题，具有测试过程简捷、标定精度高的特点，本发明无需在精密三轴转台现场测试，结构简单，降低了安装误差对系统标定的影响，并且可以单批次完成多台光纤陀螺动态特性测试标定，可操作性强，效率高。

附图说明

图1为光纤陀螺的结构图。

图2为本发明光纤陀螺动态特性系统的结构图。

图3为本发明光纤陀螺动态特性测试及标定系统的流程图。

具体实施方式

图1为光纤陀螺的结构图，由图可以看出，光纤陀螺数字闭环系统主要由光源、耦合器、集成光学芯片IOC、光电探测器和光纤环组成。光源发出的光经过耦合器后分为两束光，其中的一束光进入集成光学芯片IOC，经过IOC起偏之后，输出的两束光为满足光的相干条件，并且具有很高偏振度的线偏振光，这两束光在光纤环中相向传播，感应外部的角速度运动，在探测器处检测干涉信号光强变化，经过光电信号处理转换之后，形成闭环反馈电压信号来调制IOC中的相位调制器，使相位调制器产生与外部Sagnac相移大小相等、方向相反的反馈相移，同时获取外部的角速度信息。

图2为本发明光纤陀螺动态特性系统的结构图，系统由调制相位电压控制器、三套被测光纤陀螺、数据录取设备及数据分析系统组成，光纤陀螺输出数据按照串行数据格式输出至数据录取单元，然后由数据录取单元将不同调制电压对应的转速数据传至数据分析系统。

如图3，本发明的具体实施步骤如下：

1)将三套被测光纤陀螺置于固定平台，如图2建立光纤陀螺动态特性系统，各光纤陀螺的电光调制信号线分别引出，连接至调制相位电压控制器，测试标定前对光纤陀螺充分预热，进入步骤2)；

2)设置调制相位电压控制器输出电压为零值，分别记录三套光纤陀螺输出数值：F₁₀，F₂₀，F₃₀；

3)设置调制相位电压控制器输出电压，逐步增大输出电压，电压增大量具有等间隔，如0.1V，0.5V，1V，...，直至超过光纤陀螺的集成光学芯片的半波电压，共输出n个电压值，分别记录三套光纤陀螺对应不同电压量值时的输出数值为F₁₁，F₁₂，...F_1n；F₂₁，F₂₂，...F_2n；F₃₁，F₃₂，...F_3n；记录完成后各光纤陀螺的输出数值对应扣除初始数据F₁₀，F₂₀，F₃₀，再求出不同电压输入下三套光纤陀螺仪输出的平均值；

4)对光纤陀螺断电十分钟，再重新上电，预热之后，设置调制相位电压控制器输出电压为零值，分别记录三套光纤陀螺输出数值为NF₁₀，NF₂₀，NF₃₀，设置调制相位电压控制器输出电压为步骤3)中输出电压值的反向电压，共n个电压值，输入电压按从小到大的顺序变化，分别记录三套光纤陀螺对应不同电压量值时的输出数值为NF₁₁，NF₁₂，...NF_1n；NF₂₁，NF₂₂，...NF_2n；NF₃₁，NF₃₂，...NF_3n；记录完成后各光纤陀螺的输出数值对应扣除初始数据NF₁₀，NF₂₀，NF₃₀，再求出不同反转输入电压下三套光纤陀螺仪输出的平均值；

5)依据步骤3)和步骤4)所记录的三套光纤陀螺对应不同电压量值时的输出数值确定出光纤陀螺的量程，按照标度因数计算公式得出光纤陀螺的标度因数；

6)依据光纤陀螺的最小分辨率及最大量程，得出动态范围，分析标度因数计算结果，评估光纤陀螺的标度因数非线性度、不对称性和重复性。

标度因数计算方法为：

设

为第j个输入电压时光纤陀螺仪输出数据的平均值，F_jt为光纤陀螺仪在第j个输入电压时的第t个输出值；

为测试开始时，光纤陀螺仪输出的平均值；N为数据采样个数，标度因数计算方法见公式(1)～(11)：

${\stackrel{\‾}{F}}_j=\frac{1}{N}\underset{t=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{\mathrm{jt}}---\left(1\right)$

$F_j={\stackrel{\‾}{F}}_j-{\stackrel{\‾}{F}}_{\mathrm{zero}}---\left(2\right)$

建立光纤陀螺仪输入输出关系的线性模型：

F_j＝K·V_ij+F₀+Δ_j                 (3)

其中，K为标度因数；F₀为拟合零位；Δ_j为拟合误差。

采用第i个光纤陀螺在n组不同电压V_ij下的数值F_j，用最小二乘法求K、F₀：

$K=\frac{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{ij}}\·F_j-\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{ij}}\·\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{F}_j}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{ij}}^2-\frac{1}{n}{\left(\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{ij}}\right)}^2}---\left(4\right)$

$F_0=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{F}_j-\frac{K}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{ij}}---\left(5\right)$

标度因数非线性度计算为：

用拟合直线表示光纤陀螺仪输入输出关系，如下：

${\hat{F}}_j=K\·V_{\mathrm{ij}}+F_0---\left(6\right)$

其中，

为第j个输入电压V_ij所对应拟合直线上计算的光纤陀螺仪输出值；

按公式(7)计算光纤陀螺仪输出特性的逐点非线性偏差：

${\mathrm{\α}}_j=\frac{{\hat{F}}_j-F_j}{\left|F_m\right|}---\left(7\right)$

其中，F_m为光纤陀螺仪输出的单边幅值。

按公式(8)计算标度因数非线性度：

K_n＝max|α_j|                (8)

标度因数不对称性计算方法

分别求出正电压、反转电压范围内光纤陀螺仪标度因数及其平均值，计算标度因数不对称性：

$K_{\mathrm{\α}}=\frac{|K_{(+)}-K_{(-)}|}{\stackrel{\‾}{K}}---\left(9\right)$

$\stackrel{\‾}{K}=\frac{K_{(+)}+K_{(-)}}{2}---\left(10\right)$

其中，K₍₊₎为正电压输入范围内光纤陀螺仪标度因数；K_(-)为反电压输入范围内光纤陀螺仪标度因数；K_α为标度因数不对称性；

为标度因数平均值。

标度因数重复性计算方法

重复6次以上测试光纤陀螺仪标度因数，两次测试之间光纤陀螺仪关机冷却至室温；

按公式(11)计算标度因数重复性K_r：

$K_r=\frac{1}{\stackrel{\‾}{K}}{\left[\frac{1}{(Q-1)}\underset{i=1}{\overset{Q}{\mathrm{\Σ}}}{(K_i-\stackrel{\‾}{K})}^2\right]}^{\frac{1}{2}}---\left(11\right)$

其中，Q为重复测试次数。

光纤陀螺的基本原理就是建立在Sagnac效应原理基础上，光路旋转产生光程差，进而得出与之相应的相位φ_S：

φ_S＝(2π/λ)ΔL＝[8πS/(λ₀c)]·Ω＝[4πRL/λ₀c]·Ω            (12)

S＝NπR²，L＝N·2πR

其中，φ_S为Sagnac效应相位差，R为环形干涉仪半径，Ω为相对惯性空间旋转角速度，S为N匝光纤所围绕的面积，L为N匝光纤所围绕的光纤长度，光速c和圆周率π均为常数，光源发光的波长λ以及光纤线圈半径R、匝数N等结构参数均为定值，因此，陀螺仪的输出相移φ_S与输入角速度Ω成正比，即φ_S＝KΩ；光纤陀螺仪就是利用Sagnac效应，通过对旋转光纤环中光束进行相位解调，进而敏感相位的变化来感知外部载体的角速度。

光纤陀螺属于高灵敏度的检测仪器，两束光之间的光程差很小，因此外界环境引起的附加光程差对输出有不可忽略的影响。光在长度为100m-1000m的光路中传播时，其绝对相位累积可达到(10⁹-10¹⁰)rad，与灵敏度极限所能检测到的相位相比，相差十几个数量级；在这个动态范围内精确的检测出相位的变化是很困难的，甚至是不可能的，但光在IFOG中传播时所具有的互易性原理使这一问题得到解决，目前惯导级和精密级的IFOG已经能够检测10^-7rad-10^-8rad的微小相位差，对应10^-14m-10^-15m的光程差。

目前，国内外在光纤陀螺信号处理方面，均采用数字闭环信号处理技术。数字闭环光纤陀螺是通过在光纤环中加入非互易的补偿相移，来抵消由光纤环转动产生的Sagnac相移，该补偿相移与Sagnac相移大小相等，方向相反，使光纤陀螺始终工作在相位零点附近，通过获取该补偿相移的大小来得出光纤陀螺的转速信号。

光纤陀螺数字闭环系统中，方波信号在正负半周产生相移为±π/2的偏置相位，阶梯波增量用于补偿外部Sagnac相移，方波和阶梯波调制信号都加入IOC之后，在Sagnac干涉仪中产生的非互易相移为：

ΔΦ＝Φ_S+Φ_f+Φ_J

其中，Φ_S为转动信号产生非互易相移，Φ_f为方波产生偏置非互易相移，Φ_J为阶梯波产生非互易相移。

在方波的正半周，Φ_f＝π/2，干涉仪的输出信号为：

I₁＝A[1-sin(Φ_S+Φ_J)]                (13)

在方波的负半周，Φ_f＝-π/2，干涉仪的输出信号为：

I₂＝A[1+sin(Φ_S+Φ_J)]                (14)

将方波正半周信号(13)和负半周信号(14)相减可得：

ΔI＝-2Asin(Φ_S+Φ_J)                (15)

通过闭环反馈使Φ_J＝-Φ_S保证ΔI＝0，而当ΔI≠0时，便用ΔI作为控制量去控制闭环反馈阶梯波发生器，改变阶梯波在递增阶段产生的电压增量，该电压增量与光波相移Φ_J成正比关系，通过闭环反馈控制始终使Φ_S+Φ_J＝0，在数字闭环达到平衡时，阶梯波的阶梯高度增量同所测量的角速度成正比，阶梯波高度增量就对应光纤陀螺输出的角速度信号。理想情况下，通过闭环反馈控制，光电探测器PIN检测到的干涉信号为零电平。

在本发明中，调制相位电压控制器向IOC施加电压，可以在光学环路中引入非互易的光学相位Φ_IOC，在IOC可控电压范围，即全波电压范围内，Φ_IOC与电压V之间呈线性关系：

Φ_IOC＝K_IOC·V                    (16)

其中，K_IOC为IOC电光相位系数，为固定比例常数。

在本发明中，当光纤陀螺处于相对静止状态时，由于地球转动，光纤陀螺光纤环感应到初始的Sagnac相位为Φ₀，对应的初始角速度为Ω₀，通过调制相位电压控制器在IOC中施加电压，在光学环路中加入了附加的调制相位Φ_C，此时光纤环中总的非互易相位为：

Φ_T＝Φ₀+Φ_C                (17)

由于Φ₀为恒定值，通过测量不同电压输入情况下Φ_T，结合光纤陀螺闭环反馈系统的处理原理，可以得出Φ_J，Φ_T，Φ_C，Ω，V满足如下关系：

Φ_J＝-Φ_T＝-[4πRL/λ₀c]·Ω_T             (18)

S＝NπR²，L＝N·2πR

Φ₀＝-[4πRL/λ₀c]·Ω₀                   (19)

Φ_C＝(Φ_T-Φ₀)＝K_IOC·V                   (20)

Φ_C＝-[4πRL/λ₀c](Ω_T-Ω₀)＝K_IOC·V      (21)

$V=-\frac{4\mathrm{\πRL}}{K_{\mathrm{IOC}}{\mathrm{\λ}}_0}c({\mathrm{\Ω}}_T-{\mathrm{\Ω}}_0)---\left(22\right)$

由公式(18)至公式(22)的推导，可以看出，调制相位电压控制器在IOC中施加电压V与其所引起的光纤陀螺输出呈线性关系，依据该原理，可以测量半波电压对应的光纤陀螺输出，并且可以施加不同的电压值，测量不同的角速率输出，避免传统方式下在精密转台上进行测试的繁琐程序，克服了精密测试转台承重的限制，并且克服了精密转台最大角速率输出的限制，实现了光纤陀螺动态特性的快速测试标定。

Claims (4)

1.光纤陀螺仪的动态特性快速测试标定方法，其特征是在光纤陀螺数字闭环信号处理过程中引入附加调制相位，来模拟外部载体转动引起的光学非互易性Sagnac相位，得到电压调制相位测试系统，在此基础上建立电压与外部角速率的分析模型，分段调制相位电压，模拟外部载体不等的运动角速率，测试光纤陀螺的最大量程，依据光纤陀螺的最小分辨率及最大量程，得出动态范围，并计算标度因数，得到光纤陀螺标度因数的非线性度、不对称性和重复性，完成光纤陀螺仪的动态特性快速测试标定。

2.根据权利要求1所述的光纤陀螺仪的动态特性快速测试标定方法，其特征是包括以下步骤：

1)建立光纤陀螺动态特性系统，系统由调制相位电压控制器、三套被测光纤陀螺、数据录取设备及数据分析系统组成，三套被测光纤陀螺置于固定平台，光纤陀螺输出数据按照串行数据格式输出至数据录取单元，然后由数据录取单元将不同调制电压对应的转速数据传至数据分析系统，各光纤陀螺的电光调制信号线分别引出，连接至调制相位电压控制器，测试标定前对光纤陀螺充分预热，进入步骤2)；

2)设置调制相位电压控制器输出电压为零值，分别记录三套光纤陀螺输出数值：F₁₀，F₂₀，F₃₀；

3)设置调制相位电压控制器输出电压，输出电量逐步增大，电压增大量具有等间隔，直至超过光纤陀螺的集成光学芯片的半波电压，共输出n个电压值，分别记录三套光纤陀螺对应不同电压量值时的输出数值为F₁₁，F₁₂，...F_1n；F₂₁，F₂₂，...F_2n；F₃₁，F₃₂，...F_3n；

4)对光纤陀螺断电十分钟，再重新上电，预热之后，设置调制相位电压控制器输出电压为零值，分别记录三套光纤陀螺输出数值为NF₁₀，NF₂₀，NF₃₀，设置调制相位电压控制器输出电压为步骤3)中输出电压值的反向电压，共n个电压值，输入电压按从小到大的顺序变化，分别记录三套光纤陀螺对应不同电压量值时的输出数值为NF₁₁，NF₁₂，...NF_1n；NF₂₁，NF₂₂，...NF_2n；NF₃₁，NF₃₂，...NF_3n；

5)依据步骤3)和步骤4)所记录的三套光纤陀螺对应不同电压量值时的输出数值确定出光纤陀螺的量程，按照标度因数计算公式得出光纤陀螺的标度因数；

6)依据光纤陀螺的最小分辨率及最大量程，得出动态范围，分析标度因数计算结果，评估光纤陀螺的标度因数非线性度、不对称性和重复性。

3.根据权利要求2所述的光纤陀螺仪的动态特性快速测试标定方法，其特征是步骤3)中记录的三套光纤陀螺对应不同电压量值时的输出数值扣除光纤陀螺启动之前的初始数据F₁₀，F₂₀，F₃₀，再求出不同电压输入下三套光纤陀螺仪输出的平均值；步骤4)中记录三套光纤陀螺对应不同电压量值时的输出数值后扣除初始数据NF₁₀，NF₂₀，NF₃₀，再求出不同反转输入电压下三套光纤陀螺仪输出的平均值。

4.根据权利要求3所述的光纤陀螺仪的动态特性快速测试标定方法，其特征是标度因数计算方法为：

设为第j个输入电压时光纤陀螺仪输出数据的平均值，F_jt为光纤陀螺仪在第j个输入电压时的第t个输出值；为测试开始时，光纤陀螺仪输出的平均值；N为数据采样个数，标度因数计算方法见公式(1)～(11)：

${\stackrel{\‾}{F}}_j=\frac{1}{N}\underset{t=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{\mathrm{jt}}---\left(1\right)$

$F_j={\stackrel{\‾}{F}}_j-{\stackrel{\‾}{F}}_{\mathrm{zero}}---\left(2\right)$

建立光纤陀螺仪输入输出关系的线性模型：

F_j＝K·V_ij+F₀+Δ_j                (3)

其中，K为标度因数；F₀为拟合零位；Δ_j为拟合误差；

采用第i个光纤陀螺在n组不同电压V_ij下的数值F_j，用最小二乘法求K、F₀：

$K=\frac{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{ij}}\·F_j-\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{ij}}\·\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{F}_j}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{ij}}^2-\frac{1}{n}{\left(\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{ij}}\right)}^2}---\left(4\right)$

$F_0=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{F}_j-\frac{K}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{ij}}---\left(5\right)$

标度因数非线性度计算为：

用拟合直线表示光纤陀螺仪输入输出关系，如下：

${\hat{F}}_j=K\·V_{\mathrm{ij}}+F_0---\left(6\right)$

其中，

为第j个输入电压V_ij所对应拟合直线上计算的光纤陀螺仪输出值；

按公式(7)计算光纤陀螺仪输出特性的逐点非线性偏差：

${\mathrm{\α}}_j=\frac{{\hat{F}}_j-F_j}{\left|F_m\right|}---\left(7\right)$

其中，F_m为光纤陀螺仪输出的单边幅值；

按公式(8)计算标度因数非线性度：

K_n＝max|α_j|                (8)

标度因数不对称性计算方法：

分别求出正电压、反转电压范围内光纤陀螺仪标度因数及其平均值，计算标度因数不对称性：

$K_{\mathrm{\α}}=\frac{|K_{(+)}-K_{(-)}|}{\stackrel{\‾}{K}}---\left(9\right)$

$\stackrel{\‾}{K}=\frac{K_{(+)}+K_{(-)}}{2}---\left(10\right)$

其中，K₍₊₎为正电压输入范围内光纤陀螺仪标度因数；K_(-)为反电压输入范围内光纤陀螺仪标度因数；K_α为标度因数不对称性；

为标度因数平均值；

标度因数重复性计算方法：

重复6次以上测试光纤陀螺仪标度因数，两次测试之间光纤陀螺仪关机冷却至室温；

按公式(11)计算标度因数重复性K_r：

$K_r=\frac{1}{\stackrel{\‾}{K}}{\left[\frac{1}{(Q-1)}\underset{i=1}{\overset{Q}{\mathrm{\Σ}}}{(K_i-\stackrel{\‾}{K})}^2\right]}^{\frac{1}{2}}---\left(11\right)$

其中，Q为重复测试次数。

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