CN104713543A - 一种激光陀螺动态锁区的精密测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于激光陀螺技术，涉及一种激光陀螺动态锁区的精密测量方法。本发明利用地球自转角速度在东方向的分量为零，在东向±α0角度附近，逐次小角度间隔的改变陀螺敏感轴与北向的夹角进而改变陀螺敏感到的输入角速度，并在每一夹角位置保持一段时间，同时记录陀螺在该位置的输出脉冲数，通过绘制陀螺输出脉冲数与输入地速分量的曲线可精确得到陀螺的动态锁区。该测试方法可消除人工反复调节转台台面偏南的角度环节，降低测试难度，缩短测试周期，可将测试效率提高3倍以上，更容易实现动态锁区的自动化程控测量。

Description

一种激光陀螺动态锁区的精密测量方法
技术领域
本发明属于激光陀螺技术，涉及一种激光陀螺动态锁区的精密测量方法。
背景技术
动态锁区反映陀螺所能敏感的最小输入角速率，且动态锁区的大小和陀螺的最终精度直接相关。压缩动态锁区可提高陀螺对输入转速的最小分辨率、提高陀螺精度、改善陀螺标度因数非线性度。动态锁区的精确测量与控制，是激光陀螺提高精度、改善标度因数非线性度和提高最小分辨率的重要手段。
现有技术所采取的动态锁区测量方案，主要有GJB2427动态锁区测量法和水平扫描动态锁区测量法。GJB2427中关于激光陀螺动态锁区的测量方案，是借助双轴回转台的倾斜功能使台面向南倾斜来改变陀螺敏感轴与地轴之间的夹角，进而使陀螺获得不同输入的地速自转角分量。使用这种方案时，需要手动反复调节双轴回转台的俯仰角度，调节精度不易保证，且试验过程比较繁琐，试验周期比较长。该方案测量难度大，测试效率低，且不易实现动态锁区的自动化测量，尤其是不适用于高低温下动态锁区的精确测量。
水平速率扫描法测试动态锁区，是使陀螺敏感轴和转台转轴垂直，通过给速率转台输入一个连续恒定的角速率，同时检测转台旋转过程中陀螺输出的脉冲数，进而测出陀螺动态锁区的方法。该测量方法的最大缺点是无法实现小动态锁区的精确测量。对于高精度激光陀螺，当陀螺动态锁区较小时，该测量方法将会引入较大的测量误差，无法准确测量陀螺的动态锁区。
发明内容
本发明的目的：提供一种可有效降低测量难度、提高测量效率、提高测量精度且适用于高低温下激光陀螺动态锁区精密测量的方法。
本发明的技术方案：一种激光陀螺动态锁区的精密测量方法，其利用地球自转角速度在东方向的分量为零，在东向±α0角度附近，逐次小角度间隔的改变陀螺敏感轴与北向的夹角进而改变陀螺敏感到的输入角速度，并在每一夹角位置保持一段时间，同时记录陀螺在该位置的输出脉冲数，通过绘制陀螺输出脉冲数与输入地速分量的曲线可精确得到陀螺的动态锁区。
每一夹角位置保持时间不能短于满足动态锁区测量精度所需要的脉冲数采样时间。
所述的激光陀螺动态锁区的精密测量方法，其具体步骤如下：
步骤1：将速率台旋转轴与当地地垂线相平行；
步骤2：通过专用夹具将陀螺固定在速率台上，使其敏感轴垂直于速率台旋转轴；
步骤3：将陀螺与测试设备连接好；
步骤4：采用速率转台控制计算机控制转台，利用转台控制软件中的角位置功能操作转台，使陀螺敏感轴与东向成一角度α0；
步骤5：开启陀螺，设置采样间隔时间为τ，测试时间为T，同时设置好其它控制参数,陀螺开始采数，记录陀螺仪在该角位置下的输出脉冲数；
步骤6：采数结束后，利用转台控制软件中的角位置功能操作转台，依次小角度间隔的改变陀螺敏感轴与北向的夹角βj，并在每一角位置处保持一段时间。
步骤7：在每个βj角位置上，陀螺采数时间为T，记录陀螺仪输出脉冲数；当陀螺敏感轴经过东向、且与东向夹角约为-α0左右时，停止转台转动，关闭陀螺；
步骤8：处理、分析试验结果，绘制陀螺输出脉冲数与输入地速分量的曲线即可得到陀螺的动态锁区的大小。
所述的激光陀螺动态锁区的精密测量方法，其步骤6、步骤7中要求在每一角位置处保持一段时间，并同时记录陀螺仪输出脉冲数，利用这段时间的脉冲数均值作为该输入角速率下的陀螺输出，将陀螺输出误差降低为原来的1/√n，因此能对该输入角速率下对应陀螺输出的脉冲数进行精细刻画，大幅提高动态锁区的精细程度。
本发明的优点和有益效果是：
相对于GJB2427的动态锁区测试方法，该测试方法可消除人工反复调节转台台面偏南的角度环节，降低测试难度，缩短测试周期，可将测试效率提高3倍以上；该方法更容易实现动态锁区的自动化程控测量；该方法还为高低温条件下动态锁区的精确测量提供了一种有效途径。另外，该测量方法大大降低了对速率转台的技术要求，不需要具有俯仰功能的多轴回转台，只需单轴水平速率台即可完成激光陀螺动态锁区的精细测量。
该测量方法相对水平速率扫描法测试动态锁区，能够大幅提高动态锁区测量的精细程度，其最小分辨率可提高300%以上。
附图说明
图1是陀螺敏感轴与北向夹角示意图；
图2是陀螺在动态锁区精密测量方法中的安装示意图，
其中，1-转动台面、2-夹具、3-陀螺；
图3是陀螺敏感轴与地理北向夹角示意图
图4是动态锁区曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
本发明激光陀螺动态锁区的精密测量方法是一种基于水平速率台转角位置的陀螺动态锁区测试新方案。该发明利用地球自转角速度在地理坐标系中的东向分量为零，当陀螺敏感轴在水平面内，偏离东向一小角度α0，便会产生一较小输入角速度，可利用反复改变偏东角度得到不同的地速自转角速度分量来测量陀螺仪的脉冲输出，进而测出陀螺的动态锁区。本方案中，将陀螺通过专用夹具固定在调平的水平速率台台面上，使陀螺敏感轴与速率台旋转轴相垂直。使陀螺敏感轴在东向附近，利用速率台控制软件中的位置功能操作转台，依次小角度间隔的改变陀螺敏感轴和地理北向的夹角,在每一夹角位置停止一段时间，进行该位置陀螺输出脉冲数的精确测量。
如图1所示，利用公式（1）即可获得不同角位置下对应的输入地速分量。
陀螺敏感角速度分量Ωin与夹角βj（角位置j）存在如下关系：
Ωin=Ω北cosβj   (1)
其中，Ω北为地球自转角速度在当地的北向分量。
通过小角度间隔的多次改变陀螺敏感轴与北向的夹角，并在每一角位置测量一段时间的陀螺输出脉冲数，利用角位置可换算出对应陀螺输入的地速分量，利用陀螺在每段时间测出脉冲数的平均值，可实现陀螺在该输入角速率下的精细输出，利用陀螺敏感的输入和输出绘制散点图即可实现陀螺动态锁区的精确测量。
下面结合图2、图3给出本发明激光陀螺动态锁区的精密测量方法的实施流程，其具体步骤如下：
1)将速率台旋转轴与当地地垂线相平行；
2)通过专用夹具将陀螺固定在速率台上，使其敏感轴垂直于速率台旋转轴，安装示意图详见附图2；
3)将陀螺与测试设备连接好；
4)采用速率转台控制计算机控制转台，利用转台控制软件中的角位置功能操作转台，使陀螺敏感轴与东向成一角度α0（初始试验中α0可设为10°左右，具体角度可根据陀螺动态锁区的大小而定）；
说明：GJB2427中的动态锁区测试方法，需手动反复调整双轴回转台台面向南倾斜的角度，人工工作量大，且不易保证角度精度；本方法采用计算机程序控制，操作简单且角度定位精度高；GJB2427中的动态锁区测试方法中要求转台具有俯仰功能，该方法只需水平速率台，对设备要求简单。且利用该动态锁区测量方法可在带水平速率台的温箱中很方便的实现高低温下动态锁区的精确测量，而GJB2427方法却很难实现高低温下动态锁区的测量。
5)开启陀螺，设置采样间隔时间为τ，测试时间为T，同时设置好其它控制参数,陀螺开始采数，记录陀螺仪在该角位置下的输出脉冲数；
6)采数结束后，利用转台控制软件中的角位置功能操作转台，依次小角度间隔的改变陀螺敏感轴与北向的夹角βj（夹角改变量可根据动态锁区的大小及测量精度来确定），详见图3，并在每一角位置处保持一段时间。陀螺在每一角位置敏感的角速度分量Ωin与夹角βj存在如下关系：
Ωin=Ω北cosβj
其中，Ω北为地球自转角速度在当地的北向分量；
7)在每个βj角位置上，设置采样间隔时间为τ，测试时间为T，同时设置好其它控制参数,陀螺开始采数，记录陀螺仪输出脉冲数；当陀螺敏感轴经过东向、且与东向夹角约为-α0左右时，停止转台转动，关闭陀螺；
【说明：该测量方法相对水平速率扫描法测试动态锁区，由于在每一角位置停止保持了一段时间，同时对本段保持时间的脉冲数进行了测量，因此可对该输入角速率下对应陀螺输出的脉冲数进行精细刻画，故而陀螺动态锁区的最小分辨率可大幅提升，其动态锁区的精细程度可提高300%以上。】
8)处理、分析试验结果，绘制陀螺输出脉冲数与输入地速分量的曲线即可得到陀螺的动态锁区的大小。动态锁区曲线示例图4所示。由图4可知动态锁区曲线平直段的半宽度即为动态锁区大小。
总之，基于速率台转角位置的陀螺动态锁区测试的新方案，相对其他动态锁区测量方法，可降低测量难度、提高测量效率和测量精度，且该方法可使用于高低温下动态锁区的精确测量。

Claims (4)

1.一种激光陀螺动态锁区的精密测量方法，其特征在于，利用地球自转角速度在东方向的分量为零，在东向±α0角度附近，逐次小角度间隔的改变陀螺敏感轴与北向的夹角进而改变陀螺敏感到的输入角速度，并在每一夹角位置保持一段时间，同时记录陀螺在该位置的输出脉冲数，通过绘制陀螺输出脉冲数与输入地速分量的曲线可精确得到陀螺的动态锁区。
2.根据权利要求1所述的激光陀螺动态锁区的精密测量方法，其特征在于，每一夹角位置保持时间不能短于满足动态锁区测量精度所需要的脉冲数采样时间。
3.根据权利要求1所述的激光陀螺动态锁区的精密测量方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：将速率台旋转轴与当地地垂线相平行；
步骤2：通过专用夹具将陀螺固定在速率台上，使其敏感轴垂直于速率台旋转轴；
步骤3：将陀螺与测试设备连接好；
步骤4：采用速率转台控制计算机控制转台，利用转台控制软件中的角位置功能操作转台，使陀螺敏感轴与东向成一角度α0；
步骤5：开启陀螺，设置采样间隔时间为τ，测试时间为T，同时设置好其它控制参数,陀螺开始采数，记录陀螺仪在该角位置下的输出脉冲数；
步骤6：采数结束后，利用转台控制软件中的角位置功能操作转台，依次小角度间隔的改变陀螺敏感轴与北向的夹角βj，并在每一角位置处保持一段时间。
步骤7：在每个βj角位置上，陀螺采数时间为T，记录陀螺仪输出脉冲数；当陀螺敏感轴经过东向、且与东向夹角约为-α0左右时，停止转台转动，关闭陀螺；
步骤8：处理、分析试验结果，绘制陀螺输出脉冲数与输入地速分量的曲线即可得到陀螺的动态锁区的大小。
4.根据权利要求3所述的激光陀螺动态锁区的精密测量方法，其特征在于，步骤6、步骤7中要求在每一角位置处保持一段时间，并同时记录陀螺仪输出脉冲数，利用这段时间的脉冲数均值作为该输入角速率下的陀螺输出，将陀螺输出误差降低为原来的1/√n，因此能对该输入角速率下对应陀螺输出的脉冲数进行精细刻画，大幅提高动态锁区的精细程度。
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