CN102654408A - 一种光纤陀螺精度评测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤陀螺精度评测方法，该方法将光纤陀螺编排为测量绕光纤陀螺安装轴角度变化的应用系统进行评测，通过角度测量精度体现光纤陀螺的精度，实现了光纤陀螺测试与应用的统一；该方法操作简单，物理意义明确，可以有效地弥补现有光纤陀螺精度测试中性能指标参数与实际应用效果脱节的缺陷。

Description

一种光纤陀螺精度评测方法

技术领域

本发明涉及惯性导航及其相关领域，尤其涉及一种光纤陀螺精度评测方法。 

背景技术

在现行的光纤陀螺性能评测体系中，零偏稳定性是评价光纤陀螺静态精度的主要指标，指光纤陀螺输出量围绕其均值的离散程度，光纤陀螺的精度通常用零偏稳定性指代。这种评价方法存在缺陷，因为零偏稳定性只是一个数学概念，表征了光纤陀螺输出偏离其均值的程度，是光纤陀螺噪声和漂移共同作用的结果。现有体系没有将性能评测转换到物理层面上，不是从整体上评价由于模型中参数的误差造成的测量误差，从而造成了光纤陀螺的性能参数指标与系统应用时的要求脱节。此外，光纤陀螺与传统机电陀螺最大的区别就是存在着较大的白噪声，这是由构成光纤陀螺的光学元件的特性所决定的，而零偏稳定性这一指标是用以往评判机电陀螺的方法来估算光纤陀螺的性能，忽略了光纤陀螺的特性。因此现有的评价指标无法准确评价光纤陀螺在系统应用中实际造成的误差。 

要将光纤陀螺的性能指标设计的更符合应用，就必须按照系统应用中的状态来设计实用的输出信号模型。由于光纤陀螺在应用时的形式总是测量角速度并进一步由系统积分成角增量或者角位移，在光纤陀螺的性能评测中，就应该采取这一形式，这就达到了光纤陀螺评测与应用的统一。 

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种光纤陀螺精度的评测方法。 

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种光纤陀螺精度评测方法，包括如下步骤： 

(1)将光纤陀螺安装于固定基座上，并保持其静止状态；采集n秒时间长度的陀螺输出数据，记为F_i(i＝1～n)，n为正整数； 

(2)取前m秒的陀螺输出数据求其平均值F_n，m为正整数，0＜m＜n，对准时间m的数值可以根据陀螺实际应用的情况选择，一般的可以选择100～180秒； 

$F_0=\frac{1}{m}\·{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^m{F}_1,(i=1~m);$

(3)对m+1秒到n秒的每秒陀螺输出F_i，由下式计算出其对应的角度误差θ₁。 

式中，K为光纤陀螺标度因数值； 

(4)将θ_i进行积分，得到n秒内陀螺的角度漂移θ(t，m)，用于评价光纤陀螺的精度： 

式中，t为正整数，且m+1＜t＜n。 

使用陀螺角度漂移来评判光纤陀螺的精度是将陀螺输出转换为角度积分后进行分析，与系统应用时的状态类似，可以直接反应陀螺输出的角度误差与精度，评价陀螺的性能；同时也拉近了陀螺与系统之间的距离，并使得陀螺的性能评价参数与系统应用直接挂钩。 

本发明的有益效果是： 

1、测试步骤清晰明确，易于实现，对测试条件要求低。 

2、利用角度漂移评价光纤陀螺精度的方法简单实用，可以实时进行，且与系统应用结合紧密。 

3、提出一种新的光纤陀螺精度的评测方法，解决了原有评判方法不能准确评价在应用于系统中光纤陀螺的精度的缺陷。 

4、提出了一种新的指标，即角度漂移，不但可用于对光纤陀螺精度进行描述，同时也完善了光纤陀螺环境敏感性测试的评价方法。 

具体实施方式

评价光纤陀螺最有效的办法就是将光纤陀螺在系统中应用，以系统的精度来衡量陀螺的精度。光纤陀螺本质上是角速度传感器，其在系统中的作用就是测量角度，因此，将光纤陀螺的输出变换为角度积分进行评测，是最有效，也是最实际的评价陀螺性能的方法。 

可以认为单个光纤陀螺的性能评测就是一个单陀螺的应用系统，其功能是测量绕陀螺安装轴的角度变化，所有的误差编排完全按照系统应用来设计，陀螺的性能最终通过其测量精度来体现，具体方法如下： 

1、将光纤陀螺安装于固定基座上，输入轴指向天向(或任意方向保持其静止状态。此时，光纤陀螺输入轴上的角速率理论值Ω和理论输出值F分别为： 

2、采集若干时间的陀螺输出，记为F_i(i＝1-n)。类似惯导系统的对准，取前面若干秒时间的陀螺输出数据平均，记为F₀，对准时间可以根据陀螺实际应用的 情况选择，一般的可以选择100-180秒。则对于之后每秒的陀螺输出F_i，都可以计算出其对应的角度误差，将角度误差进行积分，就可以得到一段时间内陀螺输出实际造成的角度漂移。 

$F_0=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{F}_i,(i=1~m)$

${\mathrm{\θ}}_i=\frac{F_i-F_0}{K},(i=m+1~n)$

$\mathrm{\Θ}(t,m)=\underset{i=m+1}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\θ}}_i;$

这样就引入了一个新的指标，即光纤陀螺的角度漂移Θ，量纲为度，即以m时间对准，t时间内陀螺输出等效的角度漂移。由于积分环节将噪声成分滤除，此角度漂移可以更好的表征光纤陀螺的精度。 

角度漂移评价法与零偏稳定性评价法的最大区别是，零偏稳定性指标衡量一段时间内陀螺输出与其均值的离散程度，而角度漂移指标衡量一段时间内陀螺输出与其开始阶段输出值的差异。陀螺在系统中应用时，总是要经历一个对准过程，系统解算也是根据其实时输出进行，所以角度漂移评价比零偏稳定性评价更接近于系统应用，得到的结果也更真实。 

角度漂移评价方法简单实用，可以实时进行，与系统应用结合紧密，类似于惯性导航系统的静态导航测试，可以弥补零偏系列测试中相关的缺陷。 

引入角度漂移评价的另外一个好处是完善了环境敏感性测试的评价方法。例如零偏温度灵敏度测试可以变为温变环境下的角度漂移评价，陀螺在常温下对准，按系统使用要求进行变温，全程测试陀螺输出，最终会有一个角度漂移值来评价陀螺在变温环境下的性能。 

角度漂移评价同样可以用于准动态测试，如振动测试，目前在光纤陀螺性能评测中，使用的评价方法是分别求取振前、振中、振后光纤陀螺输出的均值并进行比较，取其最大变化值作为光纤陀螺的振动零位稳定性数据。此种方法依然存在无法评判陀螺实际性能的缺陷，如以振前测试时间进行对准，全程测试陀螺输出，可以使用振动角度漂移值来真实得评价陀螺在振动测试中的性能。 

下面根据上述评测原理详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。 

一种光纤陀螺精度评测方法，其具体步骤为： 

1、将光纤陀螺安装于固定基座上，并保持其静止状态；采集n秒时间长度的陀螺输出数据，记为F_i(i＝1～n)，n为正整数。 

2、取前m秒的陀螺输出数据求其平均值F_n，m为正整数，O＜m＜n，对准时间m的数值可以根据陀螺实际应用的情况选择，一般的可以选择100～180秒； 

$F_0=\frac{1}{m}\·{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^m{F}_1,(i=1~m).$

3、对m+1秒到n秒的每秒陀螺输出F₁，由下式计算出其对应的角度误差θ₁。 

式中，K为光纤陀螺标度因数值。 

4、将θ₁进行积分，得到n秒内陀螺的角度漂移θ(t，m)，用于评价光纤陀螺的精度。 

式中，t为正整数，且m+1＜t＜n。 

使用陀螺角度漂移来评判光纤陀螺的精度是将陀螺输出转换为角度积分后进行分析，与系统应用时的状态类似，可以直接反应陀螺输出的角度误差与精度，评价陀螺的性能。同时也拉近了陀螺与系统之间的距离，并使得陀螺的性能评价参数与系统应用直接挂钩。 

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。 

Claims (1)

1.一种光纤陀螺精度评测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将光纤陀螺安装于固定基座上，并保持其静止状态；采集n秒时间长度的陀螺输出数据，记为F_i(i＝1～n)，n为正整数；

(2)取前m秒的陀螺输出数据求其平均值F_n，m为正整数，O＜m＜n，对准时间m的数值可以根据陀螺实际应用的情况选择，一般的可以选择100～180秒；

(3)对m+1秒到n秒的每秒陀螺输出F_i，由下式计算出其对应的角度误差θ₁：

式中，K为光纤陀螺标度因数值；

(4)将θ₁进行积分，得到n秒内陀螺的角度漂移θ(t，m)，用于评价光纤陀螺的精度：

式中，t为正整数，且m+1＜t＜n；

使用陀螺角度漂移来评判光纤陀螺的精度是将陀螺输出转换为角度积分后进行分析，与系统应用时的状态类似，可以直接反应陀螺输出的角度误差与精度，评价陀螺的性能；同时也拉近了陀螺与系统之间的距离，并使得陀螺的性能评价参数与系统应用直接挂钩。