CN110595508A - 一种光纤陀螺标度因数误差补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤陀螺标度因数误差补偿方法，该方法在光纤陀螺中的光纤环内外相对应的两点安装温度传感器，并建立新的标度因数误差补偿模型，以光纤环相对应的内外两点各自的温度、温度变化率及两点间的温度差作为补偿因子，用新的误差补偿模型对光纤陀螺标度因数误差进行补偿。本发明区别于传统光纤陀螺表对应数误差补偿方法，利用双点温度感应装置获取光纤环环内外表面的温度差，相对应的补偿模型中参考的温度条件增加，考虑了更多的温度补偿因子，从而更充分的反映出光纤环受温度影响的情况，更加有效的补偿了光纤陀螺标度因数随温度变化而产生的误差。
Description
技术领域
本发明涉及光纤陀螺惯性技术领域，具体为一种光纤陀螺标度因数误差补偿方法。
背景技术
光纤陀螺作为新型全固态光学陀螺已经被广泛应用于航空、航天、航海、陆地等各个领域，有着成本低、精度高、寿命长、动态范围大、启动时间短、抗冲击性、灵敏度高等优点，随着技术的不断创新改革，光纤陀螺仪已经向着高精度和超高精度方向不断发展，在惯性领域得到了大力发展与应用。但是光纤陀螺在动态环境下存在一定误差，限制了其在高精度和超高精度惯组中应用与发展。标度因数作为光纤陀螺的一项重要因子，其稳定性关系到高精度惯组对准的精度。为了减小标度因数误差对光纤陀螺的影响，除了绕制光纤环以及选用合适的光源和温补晶振外，对光纤陀螺标度因数进行有效的补偿也是非常重要的。
申请号为201510274422.2的发明专利公布了一种光纤陀螺温度补偿系统，该专利提出了一种在光纤环内和陀螺外壳分别安装温度感应器感应光纤环和陀螺所处环境温度的方法来补偿光纤陀螺因为温度产生的误差，但该方案中并没有指出具体补偿的参数，没有提出具体的补偿模型；201811175932.4的发明专利公布了一种光纤陀螺零偏误差补偿方法，该专利提出了在光纤环内外侧多点添加温度感应器感应光纤环温度及温度变化率的方法，用来补偿光纤陀螺因为温度变化产生的零偏误差，该方法中只针对的是零偏误差，且并没有考虑到光纤环内外侧的温差带来的影响。
光纤陀螺的标度因数会随着温度发生线性变化，因此需通过标度因数温度建模与补偿获得良好的标度因数性能，而传统标度因数误差补偿仅采用陀螺内单点温度作为补偿因子进行补偿，这样并不能完全反映整个光纤环的温度变化情况，即单点的温度变化情况对标度因数误差的补偿不能对其误差进行有效补偿，因为实际工作中的光纤陀螺光纤环内外侧的温度会有一定差异，传统的单点温度监测机制会导致标度因数补偿精度较低。
发明内容
本发明旨在提供一种光纤陀螺标度因数误差补偿方法，提高光纤陀螺仪在动态温度环境下的标度因数补偿精度。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种光纤陀螺标度因数误差补偿方法。在光纤环上双点设置温度传感器，所述温度传感器有两个，分别置于光纤环内圆测和外圆测；建立基于温度传感器两点温度作为补偿因子的标度因数补偿模型，所述标度因数补偿模型包含两点温度、两点温度各自变化速率以及两点温度差值三个补偿因子。借由上述方法，标度因数中考虑到了与温度相关的更多因素，从而提高了标度因数补偿精度。
所述温度传感器的位置均设置在外圆同一半径线上，这样可以用温度传感器反映出光纤环内外圆监测点同一半径线上的温度差异，测得数据更加客观。
所述标度因数补偿模型具体公式如下：
式中，ai、bi(i＝1,2,3......)为对应的是温度项的系数，dai、dbi(i＝1,2,3......)为对应温度变化率的系数，ci为光纤环内外侧温差的温度差项系数，n代表阶数，Y是由温度相关项确定的标度因数，各项系数由多元线性回归分析方法确定，利用MATLAB软件中的Regress函数实现。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：增加一个温度点和光纤环内外侧温差作为补偿因子，标度因数相对更加准确，更加能反应标度因数随温度变化的真实规律；同时可根据实际需要以及简化模型的目的可将补偿因子简化成只有内外两侧的温度，同样可以取得一定的补偿效果；方法实施成本较低。
附图说明
图1是本发明光纤环温度传感器分布图
具体实施方式
图1为本发明光纤环温度传感器分布图，其中包括温度传感器S1、S2，本实施案例中温度传感器为铂电阻，两个温度传感器分别置于光纤环内圆测和外圆侧，位置均在外圆同一半径线上，从而测得光纤换上内外侧相对应两点的实时温度以及光纤环内外侧实时的温度差。
所述标度因数误差补偿模型考虑了三个影响因子：光纤环内外相对应两点各自的温度、温度变化率以及两点之间温度差，具体公式如下：
式其中，ai、bi(i＝1,2,3......)为对应的是温度项的系数，dai、dbi(i＝1,2,3......)为对应温度变化率的系数，ci为光纤环内外侧温差的温度差项系数，n代表阶数，Y是由温度相关项确定的标度因数，各项系数由多元线性回归分析方法确定，即利用MATLAB软件中的Regress函数实现。为了实现工程应用，式中n可取为2、3或4，且随着阶数n的增加，标度因数的随温度变化的稳定性会逐渐收敛，因此一般取n≤5。
具体的温度实验时分为六个步骤：
S1：将温箱温度降到-40℃保温一定时间，使光纤陀螺内温度稳定；
S2：然后将温箱设置为60℃，温度变化速率为0.5℃/min；
S3：温度以一定速率上升的过程中，不断对陀螺进行标定，直到温箱温度达到60℃为止；
S4：根据以上得到的随温度变化的一系列标度因数值，分析光纤陀螺标度因数随温度变化的规律，
S5：重复步骤(1)到(4)，但将温箱温度升高的变化率分别设置成1℃/min和2℃/min，再对光纤陀螺进行标定试验，并分析不同温度变化速率下，标度因数的变化规律
S6：按照(1)式的补偿模型、温度试验以及对光纤陀螺标度因数随温度变化的规律分析，利用MATLAB软件的仿真分析确定基于双点温度的光纤陀螺标度因数误差补偿模型的补偿系数，对光纤陀螺的标度因数进行充分的拟合分析，进而对标度因数进行误差补偿。
Claims (2)
1.一种光纤陀螺标度因数误差补偿方法，其特征在于：在光纤环上双点设置温度传感器，所述温度传感器有两个，分别置于光纤环内圆侧和外圆侧；建立基于温度传感器两点温度作为补偿因子的标度因数补偿模型，所述标度因数补偿模型包含两点温度、两点温度各自变化速率以及两点温度差值三个补偿因子，具体公式如下：
式中，Y表示温度相关项确定的标度因数，ai、bi为对应的是温度项的系数，dai、dbi为对应温度变化率的系数，ci为光纤环内外侧温差的温度差项系数，n代表阶数。
2.根据权利要求1所述的光纤陀螺标度因数误差补偿方法，其特征在于，所述温度传感器均设置在同一半径线上。
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