CN105277211A - 一种光纤陀螺刻度系数误差确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于误差确定方法，具体涉及一种光纤陀螺刻度系数误差确定方法。它包括：步骤一：初始化，安装惯导系统，旋转，记录惯性系统输出的航向角、姿态角以及陀螺温度；步骤二：标定，升温，旋转360°，记录惯航向角、姿态角及陀螺温度；重复上述过程，直至系统温度升到工作温度上限；步骤三：数据处理，将航向角差除以360°，获得相应温度下的刻度系数误差；采用四阶多项式模型，拟合陀螺刻度系数误差与温度之间的变化规律。本发明的效果是：精度高，且标定工作量低。

Description

一种光纤陀螺刻度系数误差确定方法

技术领域

本发明属于误差确定方法，具体涉及一种光纤陀螺刻度系数误差确定方法。

背景技术

光纤陀螺以其纯固态、高可靠性逐渐成为最为主要的惯性器件，目前已广泛应用于航空、航天、导弹以及航海等各类运载体。然而，光纤陀螺的测量误差受温度影响比较严重，并且已成为导航级光纤捷联惯导研制的瓶颈问题；相应的，光纤陀螺测量误差的温补技术成为国内惯性技术领域研究的热点。

目前，光纤陀螺的零位漂移尚难通过温补满足导航级需求(即优于0.01°/h)，但刻度系数性能比较稳定，通过温补可以达到50ppm以下的精度。然而，在实际的使用过程中发现，由于标定方法的缺陷，导致光纤陀螺刻度系数存在较大的标定误差，不能完全挖掘光纤陀螺的精度潜力。如，某型光纤陀螺采用了多温度点定温全参数标定的方法来建立光纤陀螺刻度系数的模型，但是由于温度点比较稀疏，不能完全反映陀螺在全温范围内的真实变化规律，从而造成较大的刻度系数误差；尤其对于采用了旋转调制技术的惯导系统来说，在旋转方向会产生较大的角度误差，如附图1所示，其刻度系数误差可达500ppm。

现有技术中一般是通过定期对陀螺进行标定实现对误差修正的，但是现有技术中尚没有在全温度范围内确定陀螺误差的方法。用标定的方法对误差进行修正，虽然也能解决问题，但是在每次标定前的一段时间陀螺误差都会积累到最大，而且这种误差的积累在现有技术中无法得到解决。

发明内容

本发明针对传统技术的缺陷，提供一种光纤陀螺刻度系数误差确定方法。

本发明是这样实现的：一种光纤陀螺刻度系数误差确定方法，包括下述步骤：

步骤一：初始化

将惯导系统安装在带温箱的三轴转台上，惯性系统的坐标轴与三轴转台坐标轴保持一致；启动温箱，设定温度为需标定的最低温度，使系统内部温度与温箱温度一致；给惯导系统上电，完成初始对准；开启三轴转台，使得惯性系统随机旋转，记录惯性系统输出的航向角、姿态角以及陀螺温度；

步骤二：标定

令温箱以每5分钟升高一定温度范围，该温度范围为0.5℃～1℃的速度升温，改温变率能覆盖一般的环境温度变化；每隔10min，操作转台，使惯性系统三个轴依次指天并旋转360°；记录惯性系统过程中输出的航向角、姿态角及陀螺温度；

重复上述过程，直至系统温度升到工作温度上限；

步骤三：数据处理

针对每个惯性系统的轴，都形成{温度，航向角差}形式的数据，其中的温度为陀螺温度，航向角差是指每次指天旋转360度前后，惯性系统轴输出航向角的差，

将航向角差除以360°，获得相应温度下的刻度系数误差；

采用四阶多项式模型，拟合陀螺刻度系数误差与温度之间的变化规律；

得到的拟合结果就是利用本申请方法，针对被测惯性系统的误差确定公式。

如上所述的一种光纤陀螺刻度系数误差确定方法，其中，所述步骤一中的保温时间长度为4～6h。

如上所述的一种光纤陀螺刻度系数误差确定方法，其中，在步骤三后增加下述步骤：

步骤四：检验

采用步骤二的操作，检验旋转过程中的转角差是否大大减小；

进行转弯较多的车载试验，检验温补后的综合惯性系统性能是否满足要求，并通过导航数据后处理，比较进行温补后的导航精度是否明显提高。

本发明的显著效果是：用本申请的方法可以得到陀螺误差在全温度范围内的变化规律，因此无论在什么时刻都可以利用计算得到的误差对陀螺输出结果进行修正，从而提高陀螺精度，继而提高导航精度。而且修正过程只有在需要的时候才进行，明显降低了标定的工作量。

附图说明

图1是刻度系数误差造成的旋转调制惯导方位误差角的示意图；

图2是本申请提供方法的流程示意图。

具体实施方式

如附图2所示，一种光纤陀螺刻度系数误差确定方法，包括下述步骤：

步骤一：初始化

将惯导系统安装在带温箱的三轴转台上，惯性系统的坐标轴与三轴转台坐标轴保持一致；启动温箱，设定温度为需标定的最低温度(该最低温度根据不同惯性系统的应用环境不同而不同，具体数值由惯性系统决定)，保温4～6h，使系统内部温度与温箱温度一致；给惯导系统上电，完成初始对准(一般5min可以完成惯导初始对准)；开启三轴转台，使得惯性系统随机旋转，记录惯性系统输出的航向角、姿态角以及陀螺温度。

步骤二：标定

令温箱以每5分钟升高一定温度范围，该温度范围为0.5℃～1℃的速度升温，改温变率能覆盖一般的环境温度变化；每隔10min，操作转台，使惯性系统三个轴依次指天并旋转360°(即除了指天的那个轴外，其余的轴旋转一周)；记录惯性系统过程中输出的航向角、姿态角及陀螺温度。

重复上述过程，直至系统温度升到工作温度上限(工作温度上限也有被测试的惯性系统决定)。

步骤三：数据处理

针对每个惯性系统的轴，都形成{温度，航向角差}形式的数据，其中的温度为陀螺温度，航向角差是指每次指天旋转360度前后，惯性系统轴输出航向角的差

将航向角差除以360°，获得相应温度下的刻度系数误差；

采用四阶多项式模型，拟合陀螺刻度系数误差与温度之间的变化规律；根据实际拟合效果，可适当降低或升高模型阶数，直至获得最好的拟合效果。

数据拟合是本领域常用的数学方法，是本领域的公知常识，即本领域的技术人员利用本申请提供的“四阶多项式”信息，就可以结合公知常识得到本申请需要的结果。所述的拟合可以选用任意拟合方法，例如最小二乘法。

得到的拟合结果就是利用本申请方法，针对被测惯性系统的误差确定公式。

步骤四：检验

采用步骤二的操作，检验旋转过程中的转角差是否大大减小；

进行转弯较多的车载试验，检验温补后的综合惯性系统性能是否满足要求，并通过导航数据后处理，比较进行温补后的导航精度是否明显提高。

Claims (3)

1.一种光纤陀螺刻度系数误差确定方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤一：初始化

将惯导系统安装在带温箱的三轴转台上，惯性系统的坐标轴与三轴转台坐标轴保持一致；启动温箱，设定温度为需标定的最低温度，使系统内部温度与温箱温度一致；给惯导系统上电，完成初始对准；开启三轴转台，使得惯性系统随机旋转，记录惯性系统输出的航向角、姿态角以及陀螺温度；

步骤二：标定

令温箱以每5分钟升高一定温度范围，该温度范围为0.5℃～1℃的速度升温，改温变率能覆盖一般的环境温度变化；每隔10min，操作转台，使惯性系统三个轴依次指天并旋转360°；记录惯性系统过程中输出的航向角、姿态角及陀螺温度；

重复上述过程，直至系统温度升到工作温度上限；

步骤三：数据处理

针对每个惯性系统的轴，都形成{温度，航向角差}形式的数据，其中的温度为陀螺温度，航向角差是指每次指天旋转360度前后，惯性系统轴输出航向角的差，

将航向角差除以360°，获得相应温度下的刻度系数误差；

采用四阶多项式模型，拟合陀螺刻度系数误差与温度之间的变化规律；

得到的拟合结果就是利用本申请方法，针对被测惯性系统的误差确定公式。

2.如权利要求1所述的一种光纤陀螺刻度系数误差确定方法，其特征在于：所述步骤一中的保温时间长度为4～6h。

3.如权利要求1或2所述的一种光纤陀螺刻度系数误差确定方法，其特征在于：在步骤三后增加下述步骤：

步骤四：检验

采用步骤二的操作，检验旋转过程中的转角差是否大大减小；

进行转弯较多的车载试验，检验温补后的综合惯性系统性能是否满足要求，并通过导航数据后处理，比较进行温补后的导航精度是否明显提高。