CN108871309B - 一种光纤陀螺的跨条纹修正方法 - Google Patents

一种光纤陀螺的跨条纹修正方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108871309B
CN108871309B CN201810681497.6A CN201810681497A CN108871309B CN 108871309 B CN108871309 B CN 108871309B CN 201810681497 A CN201810681497 A CN 201810681497A CN 108871309 B CN108871309 B CN 108871309B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
optic gyroscope
loop gain
delta omega
angular velocity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810681497.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108871309A (zh
Inventor
张庆伟
高枫
徐文强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hubei Sanjiang Aerospace Hongfeng Control Co Ltd
Original Assignee
Hubei Sanjiang Aerospace Hongfeng Control Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hubei Sanjiang Aerospace Hongfeng Control Co Ltd filed Critical Hubei Sanjiang Aerospace Hongfeng Control Co Ltd
Priority to CN201810681497.6A priority Critical patent/CN108871309B/zh
Publication of CN108871309A publication Critical patent/CN108871309A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108871309B publication Critical patent/CN108871309B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • G01C25/005—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass initial alignment, calibration or starting-up of inertial devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种光纤陀螺的跨条纹修正方法，包括以下步骤：S1：采集高精度光纤陀螺在预设的环路增益K条件下的角速度误差数据Δω；S2：对角速度误差数据Δω进行FFT分析，得到高精度光纤陀螺的主要谐振响应频率fg及响应幅值Ag；S3：根据高精度光纤陀螺的带宽与谐振响应频率fg确定动态环路增益K2；S3：根据谐振响应频率fg确定静态环路增益K1；S5：根据响应幅值Ag设置光纤陀螺角速度误差阈值Δωv；S6：根据角速度误差数据Δω与角速度误差阈值Δωv的大小关系设置环路增益K为静态环路增益K1或动态环路增益K2，并返回步骤S1；本发明通过闭环反馈算法对光纤陀螺的环路增益进行实时控制，解决恶劣动态环境下由光纤陀螺固有特性引起的跨条纹问题，保证光纤陀螺输出的可靠性。

Description

一种光纤陀螺的跨条纹修正方法
技术领域
本发明属于光纤陀螺技术领域，更具体地，涉及一种高精度光纤陀螺的跨条纹修正方法。
背景技术
光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的角速率传感器，由于其成本低、工艺简单、可靠性高、抗冲击振动能力强，其应用前景备受重视，已经成为主流的角速率传感器之一。目前光纤陀螺主要通过增大光纤环有效直径以及加长光纤环长度提高测量精度，导致其单条纹工作区间减小，在大量级振动、冲击条件等恶劣动态环境下容易产生跨条纹现象，使光纤环工作在错误的条纹区间，这限制了光纤陀螺在对动态环境要求较高领域的应用。
目前，针对光纤陀螺的跨条纹问题主要有以下几种解决方法：基于MEMS陀螺辅助进行跨条纹修正、基于双光纤环进行跨条纹修正、根据光强判断条纹等级进行跨条纹修正等方法；其中，基于MEMS陀螺辅助进行跨条纹修正方法中，由于采用的MEMS陀螺精度较低且环境适应性差，容易产生条纹误判风险，另外还需增加专门的供电和采集电路，不利于光纤陀螺的小型化发展；基于双光纤环进行跨条纹修正方法中，需要额外增加一套光路和电路，增加了产品成本、体积和质量风险；根据光强判断条纹等级进行跨条纹修正方法中，需要采用宽带光源不利于光纤陀螺标度稳定性，并且仅能进行零级和一级条纹判断，对高阶条纹判断不准。因此以上跨条纹修正方法均存在一定的局限性。
发明内容
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种光纤陀螺的跨条纹修正方法，其目的在于解决现有的修正方法存在的修正精度低、产品结构复杂、成本高体积大的问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种光纤陀螺的跨条纹修正方法，包括以下步骤：
S1：实时采集高精度光纤陀螺在预设的环路增益K条件下的2τ内的角速度误差数据Δω；
S2：对所述角速度误差数据Δω进行FFT分析，得到高精度光纤陀螺的主要谐振响应频率fg及响应幅值Ag；
S3：根据高精度光纤陀螺的带宽B与所述谐振响应频率fg确定光纤陀螺的动态环路增益K2；
2πB≤K2≤2π/fg
S4：根据所述谐振响应频率fg确定光纤陀螺的静态环路增益K1；
K1>2π/fg
S5：根据所述响应幅值Ag设置光纤陀螺2τ内的角速度误差阈值Δωv，
Δωv＝kxAg
其中，kx为比例系数，取值范围为0<kx<1；
S6：根据角速度误差数据Δω与所述角速度误差阈值Δωv的大小关系设置所述环路增益K为静态环路增益K1或动态环路增益K2，并返回步骤S1。
优选的，上述跨条纹修正方法，其步骤S6包括以下子步骤：
S61：判断角速度误差数据Δω的绝对值是否小于角速度误差阈值Δωv，若是，则设定环路增益K为静态环路增益K1，并返回步骤S1；若否，则进入下一步；
S62：设定环路增益K为静态环路增益K2，并返回步骤S1。
优选的，上述跨条纹修正方法，其步骤S1包括以下子步骤：
S11：确定力学试验条件，对高精度光纤陀螺进行振动和冲击力学试验，试验条件模拟高精度光纤陀螺的最严酷使用条件；
S12：采用在线逻辑分析仪实时采集高精度光纤陀螺FPGA内部寄存器数据，根据所述寄存器数据解算出高精度光纤陀螺2τ内的角速度误差数据Δω。
优选的，上述跨条纹修正方法，其比例系数kx在光纤陀螺处于振动环境时设定为0.5≤kx<1，在光纤陀螺处于静止环境时设定为0<kx≤0.5。
优选的，上述跨条纹修正方法，其步骤S2中，采用MATLAB或ORIGIN软件工具对所述角速度误差数据Δω进行FFT分析。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的光纤陀螺的跨条纹修正方法，通过对实时采集得到的光纤陀螺的角速度误差数据Δω进行FFT分析，得到高精度光纤陀螺的主要谐振响应频率fg及响应幅值Ag；根据光纤陀螺的带宽要求、谐振响应频率fg、响应幅值Ag分别确定静态环路增益K1，动态环路增益K2和角速度误差阈值Δωv；根据角速度误差数据Δω与角速度误差阈值Δωv的大小关系将环路增益K设置为静态环路增益K1或动态环路增益K2；通过采集高精度光纤陀螺在修正后的环路增益K条件下的实时角速度误差数据Δω并根据该实时角速度误差数据Δω与设定的角速度误差阈值Δωv的大小关系对环路增益K进行修正，形成闭环反馈控制；通过闭环反馈算法对高精度光纤陀螺工作过程中的环路增益K进行实时控制，能够减小高精度光纤陀螺响应带宽，避开谐振响应频率，解决恶劣动态环境下由光纤陀螺固有特性引起的跨条纹问题，保证光纤陀螺输出的可靠性；
(2)本发明提供的光纤陀螺的跨条纹修正方法，仅需在软件上进行闭环反馈算法改进即可实现对高精度光纤陀螺的跨条纹修正，对原有光纤陀螺控制算法的改动较小，可操作性强易于实现。
附图说明
图1是本发明实施例提供的光纤陀螺的跨条纹修正方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的通过在线逻辑分析仪采集的高精度光纤陀螺角速度误差数据图；
图3是对图2中的角速度误差数据进行FFT分析后的结果示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
目前，工程化光纤陀螺均采用全数字闭环系统，根据简化的闭环光纤陀螺传递函数：
H(s)＝K1/(Ts+1)*e^(-ts)
式中，K1为前向通道增益，T为时间常数，t为纯延时，s为拉普拉斯变换的复变量。
其中，光纤陀螺的闭环系统增益K＝1/T，闭环系统响应带宽B＝1/2πT，因此可推导得出B＝K/2π，即光纤陀螺的闭环响应带宽与闭环系统增益成正比。
闭环光纤陀螺系统由于自身结构特点存在一个特定的谐振响应频率，在该谐振响应频率时光纤陀螺具有最大谐振值，会使光纤陀螺产生最大的角加速度，此时光纤陀螺最可能产生跨条纹现象。根据闭环系统特性，闭环系统带宽对应截止频率，当谐振响应频率大于截止频率时，会降低光纤陀螺的谐振响应，因此可以通过控制光纤陀螺的系统增益来调节带宽，使截止频率小于谐振响应频率，以减小谐振响应从而避免产生跨条纹现象。
图1本实施例提供的一种光纤陀螺的跨条纹修正方法的流程图；如图1所示，本发明实施例所提供的一种光纤陀螺的跨条纹修正方法，包括以下步骤：
S1：实时采集高精度光纤陀螺在预设的环路增益K条件下的闭环解算角速度误差数据；该预设的环路增益K满足光纤陀螺的带宽要求；
确定力学实验条件，对高精度光纤陀螺进行振动和冲击力学试验，该试验条件优选为模拟高精度光纤陀螺的最严酷使用条件；采用在线逻辑分析仪实时采集高精度光纤陀螺FPGA内部寄存器数据，根据寄存器数据解算出高精度光纤陀螺2τ内的角速度误差数据Δω；图2所示为在线逻辑分析仪采集的高精度光纤陀螺角速度误差数据；
S2：采用MATLAB或ORIGIN等软件工具对采集的角速度误差数据Δω进行离散傅氏变换快速算法(Fast Fourier Transformation，FFT)分析，得到高精度光纤陀螺的主要谐振响应频率fg及响应幅值Ag；图3所示为对高精度光纤陀螺角速度误差数据进行FFT分析后的结果示意图；
S3：根据谐振响应频率fg确定光纤陀螺的静态环路增益K1；具体为：
K1>2π/fg
S4：根据高精度光纤陀螺的带宽B与谐振响应频率fg确定光纤陀螺的动态环路增益K2，确保高精度光纤陀螺的截止频率小于谐振响应频率fg；
具体为：
2πB≤K2≤2π/fg
S5：根据响应幅值Ag设置光纤陀螺2τ内的角速度误差阈值Δωv，该角速度误差阈值Δωv的设定值取决于采集的实时角速度误差数据Δω；
Δωv＝kxAg
其中，kx表示比例系数，其取值范围为0<kx<1，kx的值根据使用环境进行设定，当光纤陀螺处于振动等角加速度较大环境时kx可设定为较大值0.5≤kx<1，当光纤陀螺处于静止等角加速度较小环境时kx可设定为较小值0<kx≤0.5。
S6：根据角速度误差数据Δω与角速度误差阈值Δωv的关系设置环路增益K；具体为：
判断角速度误差数据Δω的绝对值是否小于角速度误差阈值Δωv，若是，则设定环路增益为静态环路增益K1，并返回步骤S1；若否，则设定环路增益为静态环路增益K2，并返回步骤S1；通过采集高精度光纤陀螺在修正后的环路增益K条件下的实时角速度误差数据Δω并根据该实时角速度误差数据Δω与角速度误差阈值Δωv的大小关系实时对环路增益K进行修正，形成闭环反馈控制；通过闭环反馈算法对高精度光纤陀螺工作过程中的环路增益K进行实时控制，减小高精度光纤陀螺响应带宽，避开谐振响应频率，解决恶劣动态环境下由光纤陀螺固有特性引起的跨条纹问题，保证光纤陀螺输出的可靠性。
本发明提供的光纤陀螺的跨条纹修正方法，通过实时采集光纤陀螺的角速度误差数据Δω并进行FFT分析，得到光纤陀螺的主要谐振响应频率fg及响应幅值Ag；根据光纤陀螺的带宽要求、谐振响应频率fg、响应幅值Ag分别确定静态环路增益K1，动态环路增益K2和角速度误差阈值Δωv；根据角速度误差数据Δω与角速度误差阈值Δωv的大小关系将环路增益K设置为静态环路增益K1或动态环路增益K2；通过采集高精度光纤陀螺在修正后的环路增益K条件下的实时角速度误差数据Δω并根据该实时角速度误差数据Δω与设定的角速度误差阈值Δωv的大小关系对环路增益K进行修正，形成闭环反馈控制；通过闭环反馈算法对高精度光纤陀螺工作过程中的环路增益K进行实时控制，能够减小高精度光纤陀螺响应带宽，避开谐振响应频率，解决恶劣动态环境下由光纤陀螺固有特性引起的跨条纹问题，保证光纤陀螺输出的可靠性，具有较大的现实意义。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种光纤陀螺的跨条纹修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：实时采集高精度光纤陀螺在某一环路增益K条件下的2τ内的角速度误差数据Δω；
S2：对所述角速度误差数据Δω进行FFT分析，得到高精度光纤陀螺主要的谐振响应频率fg及响应幅值Ag；
S3：根据高精度光纤陀螺的带宽B与所述谐振响应频率fg确定光纤陀螺的动态环路增益K2；
2πB≤K2≤2π/fg
S4：根据所述谐振响应频率fg确定光纤陀螺的静态环路增益K1；
K1>2π/fg
S5：根据所述响应幅值Ag设置光纤陀螺2τ内的角速度误差阈值Δωv，Δωv＝kxAg
其中，kx 为比例系数，取值范围为0<kx <1；
S6：根据角速度误差数据Δω与所述角速度误差阈值Δωv的大小关系设置所述环路增益K为静态环路增益K1或动态环路增益K2，具体的：
若角速度误差数据Δω的绝对值小于角速度误差阈值Δωv，则设定环路增益K为静态环路增益K1，并返回步骤S1；
若角速度误差数据Δω的绝对值不小于角速度误差阈值Δωv，则设定环路增益K为动态环路增益K2，并返回步骤S1。
2.如权利要求1所述的跨条纹修正方法，其特征在于，步骤S1包括以下子步骤：
S11：确定力学试验条件，对高精度光纤陀螺进行振动和冲击力学试验；
S12：实时采集高精度光纤陀螺FPGA内部寄存器数据，根据所述寄存器数据解算出高精度光纤陀螺2τ内的角速度误差数据Δω。
3.如权利要求1所述的跨条纹修正方法，其特征在于，所述比例系数kx 在光纤陀螺处于振动环境时设定为0.5≤kx <1，在光纤陀螺处于静止环境时设定为0<kx ≤0.5。
4.如权利要求2所述的跨条纹修正方法，其特征在于，步骤S2中，采用MATLAB或ORIGIN软件工具对所述角速度误差数据Δω进行FFT分析。
CN201810681497.6A 2018-06-27 2018-06-27 一种光纤陀螺的跨条纹修正方法 Active CN108871309B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810681497.6A CN108871309B (zh) 2018-06-27 2018-06-27 一种光纤陀螺的跨条纹修正方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810681497.6A CN108871309B (zh) 2018-06-27 2018-06-27 一种光纤陀螺的跨条纹修正方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108871309A CN108871309A (zh) 2018-11-23
CN108871309B true CN108871309B (zh) 2020-10-23

Family

ID=64296221

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810681497.6A Active CN108871309B (zh) 2018-06-27 2018-06-27 一种光纤陀螺的跨条纹修正方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108871309B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112781579B (zh) * 2021-01-29 2022-03-08 湖北三江航天红峰控制有限公司 一种六轴一体光纤陀螺光路结构
CN114295115B (zh) * 2022-01-07 2023-03-31 北京思卓博瑞科技有限公司 一种提高光纤陀螺动态范围的方法及装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1008833A2 (en) * 1998-12-10 2000-06-14 Litton Systems, Inc. Method and apparatus for determining fringe number in a fiber-optic gyro
DE69903203T2 (de) * 1998-02-06 2003-08-28 Litton Systems Inc Verfahren zur Verbesserung der Leistung eines optischen Faserkreisels
CN101408426A (zh) * 2008-11-21 2009-04-15 中国航天时代电子公司 一种增大光纤陀螺量程的方法
CN104006828A (zh) * 2014-06-17 2014-08-27 湖北航天技术研究院总体设计所 一种惯性器件轴系误差标定方法
CN104949669A (zh) * 2015-06-24 2015-09-30 北京理工大学 一种基于磁阻传感器扩大光纤陀螺量程的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69903203T2 (de) * 1998-02-06 2003-08-28 Litton Systems Inc Verfahren zur Verbesserung der Leistung eines optischen Faserkreisels
EP1008833A2 (en) * 1998-12-10 2000-06-14 Litton Systems, Inc. Method and apparatus for determining fringe number in a fiber-optic gyro
CN101408426A (zh) * 2008-11-21 2009-04-15 中国航天时代电子公司 一种增大光纤陀螺量程的方法
CN104006828A (zh) * 2014-06-17 2014-08-27 湖北航天技术研究院总体设计所 一种惯性器件轴系误差标定方法
CN104949669A (zh) * 2015-06-24 2015-09-30 北京理工大学 一种基于磁阻传感器扩大光纤陀螺量程的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
大量程高精度光纤陀螺的设计与实现;袁慧铮等;《导航定位与授时》;20141130;第1卷(第3期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108871309A (zh) 2018-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108195404B (zh) 一种陀螺仪零点漂移的校准方法
CN101949710B (zh) Gnss辅助mems惯性传感器零偏的快速在线动态标定方法
CN105352487A (zh) 一种姿态测量系统的精度校准方法
JP6454763B2 (ja) 慣性システムの自己較正
JP6799920B2 (ja) 原位置での（ｉｎ−ｓｉｔｕ）バイアス自己校正を伴う高帯域幅のコリオリ振動ジャイロスコープ（ｃｖｇ）
CN107991060B (zh) 基于自适应和迭代算法的载荷分布式光纤辨识方法
CN107807527B (zh) 微陀螺仪增益可调的自适应超扭曲滑模控制方法
CN103256941A (zh) 一种mems陀螺仪高阶温度补偿的实用方法
CN108871309B (zh) 一种光纤陀螺的跨条纹修正方法
CN105043348A (zh) 基于卡尔曼滤波的加速度计陀螺仪水平角度测量方法
JP2011017688A (ja) 角度測定の方法およびそれを実施するための角度測定ジャイロシステム
CN103983278A (zh) 一种测量影响卫星姿态确定系统精度的方法
CN105278331A (zh) 一种微陀螺的鲁棒自适应神经网络h无穷控制方法
CN108534799B (zh) 一种利用mems修正三轴光纤陀螺跨条纹输出的方法及装置
CN111089576A (zh) 光纤陀螺实际输出值确定方法、光纤陀螺阀值测试方法
CN111024119B (zh) 一种三轴mems陀螺仪快速标定方法
KR101658473B1 (ko) Mems자이로스코프의 가속도 민감도 보정 방법
CN111323047A (zh) 一种基于加速度计的陀螺零位误差动态补偿方法
CN107063309B (zh) 一种旋转式捷联惯导陀螺标度误差补偿方法
CN110595434B (zh) 基于mems传感器的四元数融合姿态估计方法
Hou et al. A quadrature compensation method to improve the performance of the butterfly vibratory gyroscope
CN108450007A (zh) 使用廉价惯性传感器的冗余阵列的高性能惯性测量
CN107543537B (zh) 一种提高光纤陀螺标度因数稳定性的方法
CN109781145B (zh) 激光导引头mems陀螺的筛选测试系统及方法
CN101256078A (zh) 消除光纤陀螺标度因数加速度效应的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant