CN105444777A - 一种摇摆条件下光纤陀螺仪误差测试方法 - Google Patents

Abstract

一种摇摆条件下光纤陀螺仪误差测试方法。将光纤陀螺仪安装在角振动平台上，并通电采集陀螺输出，计算平均输出然后启动角振动台，采集陀螺输出；停止转台，回到初始位置，继续采集陀螺输出，计算转台停止后平均输出根据和计算光纤陀螺仪敏感到的地球自转产生的角速率。对光纤陀螺仪敏感到的输出扣除地球自转产生的输出后，对这个输出进行积分，得到振动频率为f和幅度为A时，光纤陀螺仪在振动过程中随时间累积的角位移误差。本发明弥补了现有摇摆条件下光纤陀螺仪误差测试方法的空白，得到的光纤陀螺仪误差结果有利于分析并找出光纤陀螺仪的设计问题。

Description

一种摇摆条件下光纤陀螺仪误差测试方法

技术领域

本发明涉及一种光纤陀螺仪误差测试方法。

背景技术

光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的全固态角速率传感器，Sagnac效应指将同一光源发出的一束光分解为两束，让它们在同一个环路内沿相反方向循行一周后会和，然后在屏幕上产生干涉，当在环路平面内有旋转角速度时，屏幕上的干涉条纹将会发生移动的现象。作为一种惯性仪表，光纤陀螺仪具有传统机电仪表所不具备的优点，它是由光学和电子器件组成的闭环系统，通过检测两束光的相位差来确定自身角速度，因此在结构上它是完全固态化的陀螺，没有任何运动部件，具有可靠性高、寿命长、带宽大、启动快、环境适应性好、生产工艺性好等优点。是一种理想的捷联惯性器件，广泛应用于各种捷联系统，比如惯性导航系统、姿态稳定与控制系统、姿态跟踪系统等。在捷联系统中，光纤陀螺与载体直接固连，直接敏感载体的角运动。在高动态环境下，陀螺不仅敏感较大的角速率，还可能承受摇摆和震荡运动。在研究过程中发现，当载体进行剧烈、快速的摇摆运动时，光纤陀螺仪存在角速率测量误差，该项误差制约了光纤陀螺捷联系统在高精度、高动态、大机动应用环境下的精度。

现有光纤陀螺仪测试方法缺乏测量评价摇摆条件下光纤陀螺仪误差的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术不足，提出了一种测量摇摆条件下光纤陀螺仪误差测试方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种摇摆条件下光纤陀螺仪误差测试方法，包括以下步骤：

S1.将光纤陀螺仪安装在角振动台上，并使得光纤陀螺仪的输入轴与角振动台的振动轴方向一致；

S2.给定角振动台振动频率f和幅度A；

S3.对光纤陀螺仪的输出进行点数为n₁的采样，计算振前均值

其中，Ω_i为采样点i对应的光纤陀螺仪输出，i＝1,2,......,n₁；

S4.启动角振动台，继续对光纤陀螺仪的输出进行点数为n₂的采样，Ω_j为采样点j对应的光纤陀螺仪输出，j＝n₁+1,n₁+2,......,n₂-2,n₂-1,n₂；

S5.停止角振动台，并使转台回到初始位置，继续对光纤陀螺仪的输出进行点数为n₃的采样，计算振后均值

其中，Ω_k为采样点k对应的光纤陀螺仪的输出，k＝n₂+1,n₂+2,......,n₃-2,n₃-1,n₃；

S6.计算光纤陀螺仪敏感到的地球自转产生的角速率Ω_地：

其中，K为陀螺标度因数；

S7.计算在振动频率为f和幅度为A时，光纤陀螺仪在振动过程中随时间累积的角位移误差，计算公式为：

其中，Δt为陀螺数据采集周期，m＝2，3，…，n₃。

所述 $\mathrm{\Δ}t\≤\frac{1}{10\×f}.$

所述步骤S4中，角振动台振动过程中对光纤陀螺仪的输出的采样时间(n₂-n₁)Δt≥1分钟。

所述步骤S3中，角振动台启动前，对光纤陀螺仪的输出的采样时间n₁Δt≥1分钟。

所述步骤S5中，角振动台停止后，对光纤陀螺仪的输出的采样时间(n₃-n₂)Δt≥1分钟。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)本发明将光纤陀螺仪安装在角振动平台上，对光纤陀螺仪敏感到的输出扣除地球自转产生的输出后进行积分，得到光纤陀螺仪在摇摆过程中随时间累积的角位移误差，弥补了现有摇摆条件下光纤陀螺仪误差方法的空白。

2)光纤陀螺仪是敏感角速度的仪表，采用这种积分的方法，把光纤陀螺仪的摇摆过程中的角速度测量误差进行积分累加，可以看出误差的趋势和规律，有利于分析并找出光纤陀螺仪的设计问题。

3)采集了足够数量的数据，使测得误差的准确性更高。

附图说明

图1为本发明光纤陀螺仪角振动误差测试安装示意图；

图2(a)为设计参数调整前某光纤陀螺仪正弦摇摆条件下陀螺输出；

图2(b)为设计参数调整前扣除地球自转产生的角位移后得到由于转台运动产生的角位移；

图3(a)为设计参数调整后某光纤陀螺仪正弦摇摆条件下陀螺输出；

图3(b)为设计参数调整后扣除地球自转产生的角位移后得到由于转台运动产生的角位移。

具体实施方式

一种摇摆条件下光纤陀螺仪误差的测试方法，包括以下步骤：

1)如图1所示，将光纤陀螺仪固定安装角振动台台面上，光纤陀螺仪放在台面中心位置，并使光纤陀螺仪的输入轴和角振动台振动轴方向一致。按照图1对各设备进行电气连接，通电检查数据是否正常。角振动台的振动幅度、角速度、角加速度应满足实验需求。角振动仪做正弦摆动运动。

2)给角振动台上电，转台归零。转台也可以在其他位置，只要在测量后回归原位置即可。

3)给陀螺通电，预热一段时间，达到零偏稳定性要求。

4)给定角振动台振动频率f和幅度A，频率f和幅度A为光纤陀螺仪需要进行误差测试的频率和幅度。

5)开启测试软件，光纤陀螺仪进行采样，连续记录光纤陀螺仪输出，光纤陀螺仪数据采样时间T_振前＝n₁Δt≥1分钟，Ω_i为t_i时刻对应的陀螺输出(i＝1......n₁-2,n₁-1,n₁)，对应的陀螺输出均值为

6)启动角振动台，继续记录光纤陀螺仪输出，摇摆过程中光纤陀螺仪数据采样时间Ω_j为t_j时刻对应的陀螺输出(j＝n₁+1，n₁+2......n₂-2,n₂-1,n₂)，对应的陀螺输出均值为

7)停止角振动台，转台回到初始位置，继续记录光纤陀螺仪输出，光纤陀螺仪数据采样时间T_振后＝(n₃-n₂)Δt≥1分钟，光纤陀螺一般提10s或者100s零偏稳定性要求，采样时间越长，测试精度就越高。Ω_k为t_k时刻对应的陀螺输出(k＝n₂+1，n₂+2......n₃-2,n₃-1,n₃)，对应的陀螺输出均值为

8)停止陀螺测试软件，保存陀螺数据；

9)计算光纤陀螺仪敏感到的地球自转产生的角速率：

将振前敏感到的与振后敏感到的地球自转产生的角速率求平均，使Ω_地更准确，消除了光纤陀螺仪在振动前后可能有的微小变化的影响。

其中，为陀螺振前输出均值，单位为LSB；为陀螺振后输出均值，单位为LSB；K为陀螺标度因数，单位为°/s/LSB，Ω_地为地球自转产生的角速率，单位为°/s。LSB是陀螺输出数字量的单位。

10)对光纤陀螺仪敏感到的角速率扣除地球自转产生的角速率后，得到由于转台运动产生的角速率，对这个角速率进行积分，得到振动频率f和幅度A时由于转台运动产生的角位移，可表示为：

光纤陀螺仪是敏感角速度的仪表，采用这种积分的方法，把光纤陀螺仪的摇摆过程中的角速度测量误差进行积分累加，可以看出误差的趋势和规律。

其中，A_角位移k为转台运动产生的角位移，即光纤陀螺仪角振动过程中随时间累积的角位移误差，单位为°；Y_j为角振动台的振动频率f和幅度A时，为t_j时刻对应的陀螺输出；Δt为陀螺数据采集周期，单位为s；m＝2，3，…，n₃。

最终产生的角位移为：

9)重新设定角振动台到光纤陀螺仪需要进行测试的其他振动频率f和幅度A，并重复步骤5)～8)，直到满足光纤陀螺仪所需测试要求。

图2(a)是某光纤陀螺仪正弦摇摆条件下陀螺输出，从2(a)看不出光纤陀螺仪存在测量误差，图2(b)是采用本发明方案，也就是对光纤陀螺仪敏感到的角速率扣除地球自转产生的角速率后并进行积分，得到由于转台运动产生的角位移，从图2(b)可以明显看出，摇摆过程中角位移向一个方向偏移，也就是角位移误差随摇摆时间线性增长，最终的角位移累积误差为0.078度。针对此光纤陀螺仪的正弦摇摆条件下角位移误差特点，分析误差来源是闭环反馈参数设计问题，对设计参数进行了调整，改进后相同摇摆条件下，此光纤陀螺仪的角位移误差减小为0.0065度，如图3(a)、(b)所示。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (5)

1.一种摇摆条件下光纤陀螺仪误差测试方法，其特征在于包括以下步骤：

S1.将光纤陀螺仪安装在角振动台上，并使得光纤陀螺仪的输入轴与角振动台的振动轴方向一致；

S2.给定角振动台振动频率f和幅度A；

S3.对光纤陀螺仪的输出进行点数为n₁的采样，计算振前均值

其中，Ω_i为采样点i对应的光纤陀螺仪输出，i＝1,2,......,n₁；

S4.启动角振动台，继续对光纤陀螺仪的输出进行点数为n₂的采样，Ω_j为采样点j对应的光纤陀螺仪输出，j＝n₁+1,n₁+2,......,n₂-2,n₂-1,n₂；

S5.停止角振动台，转台回到初始位置，继续对光纤陀螺仪的输出进行点数为n₃的采样，计算振后均值

其中，Ω_k为采样点k对应的光纤陀螺仪的输出，

k＝n₂+1,n₂+2,......,n₃-2,n₃-1,n₃；

S6.计算光纤陀螺仪敏感到的地球自转产生的角速率Ω_地：

其中，K为陀螺标度因数；

S7.计算在振动频率为f和幅度为A时，光纤陀螺仪在振动过程中随时间累积的角位移误差，计算公式为：

其中，Δt为陀螺数据采集周期，m＝2，3，…，n₃。

2.一种如权利要求1所述的摇摆条件下光纤陀螺仪误差的测试方法，其特征在于，所述

3.一种如权利要求1或2所述的摇摆条件下光纤陀螺仪误差测试方法，其特征在于，所述步骤S4中，角振动台振动过程中对光纤陀螺仪的输出的采样时间(n₂-n₁)Δt≥1分钟。

4.一种如权利要求1或2所述的摇摆条件下光纤陀螺仪误差测试方法，其特征在于，所述步骤S3中，角振动台启动前，对光纤陀螺仪的输出的采样时间n₁Δt≥1分钟。

5.一种如权利要求1或2所述的摇摆条件下光纤陀螺仪误差测试方法，其特征在于，所述步骤S5中，角振动台停止后，对光纤陀螺仪的输出的采样时间(n₃-n₂)Δt≥1分钟。