CN110926449B - 一种提高触发式光纤陀螺标度因数线性度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高触发式光纤陀螺标度因数线性度的方法，包括触发信号判断模块、数据累加模块和数据处理模块；具体步骤如下：1)通过所述包括触发信号判断模块用于判断是否收到触发信号，若收到触发信号给出判断结果为真；2)数据累加模块累加陀螺数据，同时累加陀螺数据的输出次数；3)数据处理模块接收到数据累加模块发送的累加的输出次数n和累加的陀螺数据F后，进行处理，最终输出数据F2：F2＝F*(1‑N*ε+ε2)。本发明能够解决传统触发式光纤陀螺芯片资源浪费和丢数等问题，保证光纤陀螺标度因数线性度，从而达到资源优化，提高光纤陀螺的解算效率，并提高光纤陀螺的解算精度。

Description

一种提高触发式光纤陀螺标度因数线性度的方法
技术领域
本发明涉及光纤陀螺技术领域，尤其涉及一种提高触发式光纤陀螺标度因数线性度的方法。
背景技术
光纤陀螺由于其固有的诸多优势，在惯性导航系统中得到了广泛应用。惯性导航系统一般采用三个陀螺和三个加速度计敏感三轴角速度、线加速度等信息，再根据这些信息进行导航解算。为了保证三个陀螺所提供的角速度信息是同一时刻，即同步提供，系统一般做法是同时向陀螺发送信号(触发信号)，陀螺收到触发信号后，回馈角速度数据。这就需要光纤陀螺采用触发式通信方式。
触发式光纤陀螺的触发信号来源于陀螺外部，与陀螺内部解算时钟是不同的时钟信号，实践表明不同的时钟信号间存在频率不完全一致性。陀螺解算频率较高，一般为几百kHz，而触发频率一般为几百Hz到几kHz，即在触发周期内陀螺会有几百次解调数据输出。由于触发信号的时钟抖动，陀螺解调数据的个数存在微小波动(一般2～3个)。由于解调数据的个数存在微小波动，若输出触发周期的所有解调数据的代数和，会引起较大的标度因数非线性度误差；若输出触发周期的所有解调数据的平均值，则无论个数波动多大，则不会引起标度因数非线性度误差，然而，FPGA芯片不善于运算除法，除法运算需要占用大量的FPGA硬件资源，且耗用较长时间，从而导致不易计算得到触发周期内所有解调数据的平均值。综上，如何处理好由于触发信号抖动引起的解调数据个数微小波动是解决触发式光纤陀螺标度因数非线性误差的关键所在。
传统触发式光纤陀螺采用FIFO(先进先出)方式实现，该方法是根据事先约定好的触发频率计算得出(或者根据相邻两次触发信号计数得出)触发周期内光纤陀螺的解算次数，并将该次数作为FIFO存储器的存储深度。最新解算得出的数据进入存储器替换最先进行存储的数据，而存储器内的数据个数始终保持固定个数，这样一旦陀螺收到触发信号后，即将存储器内的所有数据之和输出，从而实现触发方式。该方法虽然能够实现触发通信方式，但却存在以下缺点：
1)需要存储大量数据，特别是触发频率较低或解算频率较快(光纤环较短)的情景，存储数据量很大，需要占用大量芯片资源；
2)触发频率存在小范围抖动时，会致使光纤陀螺丢数或重复利用数据。
例如：光纤陀螺解算周期一般为几微秒到十几微秒(以3μs为例)，触发频率一般为几百赫兹到几千赫兹(以1kHz为例)，这样存储器深度为333，即需要存储333个数据；另一方面触发频率抖动时，即触发周期不是严格1ms，二是存在微小的抖动(微小抖动在实际中不可避免)，当抖动量达到3μs时会使得数据部分丢失或重复利用无效数据(触发周期变长引起丢失数据，变短会引起数据未更新完成而重复利用数据)。
因此，如何解决光纤陀螺中触发式存在的上述不足，已成为本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种提高触发式光纤陀螺标度因数线性度的方法，能够解决传统触发式光纤陀螺芯片资源浪费和丢数等问题，保证光纤陀螺标度因数线性度，从而达到资源优化，提高光纤陀螺的解算效率，并提高光纤陀螺的解算精度。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种提高触发式光纤陀螺标度因数线性度的方法，其特征在于：包括触发信号判断模块、数据累加模块和数据处理模块；具体步骤如下：
1)通过所述触发信号判断模块用于判断是否收到触发信号，若未收到触发信号，则保持触发信号监测等待状态，若收到触发信号给出判断结果为真；
2)数据累加模块收到光纤陀螺解算模块输出的陀螺数据后，开始累加陀螺数据，并存储在陀螺数据累加寄存器内；同时，累加陀螺数据的输出次数，并存储在累加次数寄存器内；当触发信号判断模块给出判断结果为真时，数据处理模块读取累加次数寄存器内累加的输出次数n和陀螺数据累加寄存器内的累加的陀螺数据F，同时，将累加次数寄存器和陀螺数据累加寄存器内的数据清空；
3)数据处理模块读取到数据累加模块发送的累加的输出次数n和累加的陀螺数据F后，进行如下处理：
A、设触发周期内光纤陀螺解算模块输出陀螺数据的标准输出次数为N，实际累加的输出次数n与标准输出次数N的差值为ε，则有：
ε＝n-N；
B、在数据处理模块中建立解算模型，最终输出数据F2：
F2＝F*(1-N*ε+ε2)。
进一步地，触发周期内光纤陀螺解算模块输出陀螺数据的标准次数的获得方法为：
Figure BDA0002322765240000031
式中：ffog为光纤陀螺解算频率；fCF为触发信号频率。
进一步地，触发周期内光纤陀螺解算模块输出陀螺数据的标准次数的获得方法为：将第一次累加的陀螺数据的输出次数作为标准累加次数。
进一步地，步骤2)中，所述触发信号判断模块首次判断结果为真时，将陀螺数据累加寄存器和累加次数寄存器内累加的陀螺数据和输出次数清空，并重新开始累加；直至触发信号判断模块下一次给出判断结果为真时，将累加次数寄存器内累加的输出次数n和陀螺数据累加寄存器内的累加的陀螺数据F发送到数据处理模块，同时，将累加次数寄存器和陀螺数据累加寄存器内的数据清空。
进一步地，步骤2)中，累加模块每接收一个陀螺数据后，将其与陀螺数据累加寄存器内存储的数据叠加后重新存储在陀螺数据累加寄存器内，同时，陀螺数据的输出次数加1后重新存储到累加次数寄存器内；其中，第一个接收的数据直接存储在陀螺数据累加寄存器内，累加次数寄存器内的陀螺数据的输出次数直接记为1。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：通过简单的数据运算，即可提高触发式光纤陀螺的标度因数线性度，同时解决了因存储数据造成芯片资源浪费以及触发信号抖动引起的数据丢失问题，从而达到资源优化，提高光纤陀螺的解算效率，并提高光纤陀螺的解算精度。
附图说明
图1为本发明的结构原理框图。
图2为本发明的处理流程图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例：参见图1、图2，一种提高触发式光纤陀螺标度因数线性度的方法，包括触发信号判断模块、数据累加模块和数据处理模块。具体步骤如下：
1)通过所述触发信号判断模块用于判断是否收到触发信号，若未收到触发信号，则保持触发信号监测等待状态，若收到触发信号给出判断结果为真；
2)数据累加模块收到光纤陀螺解算模块输出的陀螺数据后，开始累加陀螺数据，并存储在陀螺数据累加寄存器内；同时，累加陀螺数据的输出次数，并存储在累加次数寄存器内；具体实施时，累加模块每接收一个陀螺数据后，将其与陀螺数据累加寄存器内存储的数据叠加后重新存储在陀螺数据累加寄存器内，同时，陀螺数据的输出次数加1后重新存储到累加次数寄存器内；其中，第一个接收的数据直接存储在陀螺数据累加寄存器内，累加次数寄存器内的陀螺数据的输出次数直接记为1。当触发信号判断模块给出判断结果为真时，数据处理模块读取累加次数寄存器内累加的输出次数n和陀螺数据累加寄存器内的累加的陀螺数据F，同时，将累加次数寄存器和陀螺数据累加寄存器内的数据清空。具体实施时，所述触发信号判断模块首次判断结果为真时，将陀螺数据累加寄存器和累加次数寄存器内累加的陀螺数据和输出次数清空，并重新开始累加；直至触发信号判断模块下一次给出判断结果为真时，将累加次数寄存器内累加的输出次数n和陀螺数据累加寄存器内的累加的陀螺数据F发送到数据处理模块，同时，将累加次数寄存器和陀螺数据累加寄存器内的数据清空。
3)数据处理模块读取到数据累加模块发送的累加的输出次数n和累加的陀螺数据F后，进行如下处理：
A、设触发周期内光纤陀螺解算模块输出陀螺数据的标准输出次数为N，实际累加的输出次数n与标准输出次数N的差值为ε，则有：
ε＝n-N；
其中，作为一种实施方式，触发周期内光纤陀螺解算模块输出陀螺数据的标准输出次数的获得方法为：
Figure BDA0002322765240000041
式中：ffog为光纤陀螺解算频率；fCF为触发信号频率；采用该方式获取陀螺数据的标准输出次数，准确性更高。
作为另一种实施方式，触发周期内光纤陀螺解算模块输出陀螺数据的标准次数的获得方法为：将第一次累加的陀螺数据的输出次数作为标准累加次数；采用该方式能够更快速地获取陀螺数据输出的标准次数。
需要说明的是ε为触发信号抖动引起解调数据个数差异，由于抖动通常为小抖动，因此为小量，N为标准个数，对于单个具体光纤陀螺来说，一旦触发频率确定，该量为固定值。
B、在数据处理模块中建立解算模型，最终输出数据F2：
F2＝F*(1-N*ε+ε2)。
本方案中，为抑制都引起的标度因数非线性度误差，对陀螺数据F进行以下处理：
Figure BDA0002322765240000051
由于抖动通常较小，因此，ε远远小于N，
Figure BDA0002322765240000052
利用以下级数展开：
Figure BDA0002322765240000053
其中，|x|<1；
得到：
Figure BDA0002322765240000054
取二阶近似有(若精度不够，可根据具体情况取更高阶项，具体所取阶数根据精度需求确定)：
Figure BDA0002322765240000055
最后，对上式两边同时乘以N2，得到最终输出数据F2：
F2＝F*(1-N*ε+ε2)。
采用上述方案，将陀螺输出数据F2，即可完成触发光纤陀螺，通过简单的数据运算，即可提高触发式光纤陀螺的标度因数线性度，同时解决了因存储数据造成芯片资源浪费以及触发信号抖动引起的数据丢失问题，既避免了存储数据(只需计算累加和)，又能够避免丢数或重复利用数据；。从而达到资源优化，提高光纤陀螺的解算效率，并提高光纤陀螺的解算精度。
需要特别说明的是将上述所定义的次数差为“实际次数与标准次数之差”，若定义次数差为“标准次数与实际次数之差”，只需要将ε用-ε替换即可完成公式推导，因此，将次数差定义为“标准次数与实际次数之差”和将次数差定义为“实际次数与标准次数之差”都在本专利保护范围内。另外，本专利不仅包含按照公式(6)输出的数据F2，将F2乘以或除以固定系数(调整标度因数值)输出或者增加或减去固定参数(调整零偏)输出，均在本专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种提高触发式光纤陀螺标度因数线性度的方法，其特征在于：包括触发信号判断模块、数据累加模块和数据处理模块；具体步骤如下：
1)通过所述触发信号判断模块用于判断是否收到触发信号，若未收到触发信号，则保持触发信号监测等待状态，若收到触发信号给出判断结果为真；
2)数据累加模块收到光纤陀螺解算模块输出的陀螺数据后，开始累加陀螺数据，并存储在陀螺数据累加寄存器内；同时，累加陀螺数据的输出次数，并存储在累加次数寄存器内；当触发信号判断模块给出判断结果为真时，数据处理模块读取累加次数寄存器内累加的输出次数n和陀螺数据累加寄存器内的累加的陀螺数据F，同时，将累加次数寄存器和陀螺数据累加寄存器内的数据清空；
3)数据处理模块读取到数据累加模块发送的累加的输出次数n和累加的陀螺数据F后，进行如下处理：
A、设触发周期内光纤陀螺解算模块输出陀螺数据的标准输出次数为N，实际累加的输出次数n与标准输出次数N的差值为ε，则有：
ε＝n-N；
B、在数据处理模块中建立解算模型，最终输出数据F2：
F2＝F*(1-N*ε+ε2)。
2.根据权利要求1所述的一种提高触发式光纤陀螺标度因数线性度的方法，其特征在于：触发周期内陀螺的光纤陀螺解算模块输出陀螺数据的标准次数的获得方法为：
Figure FDA0002322765230000011
式中：ffog为光纤陀螺解算频率；fCF为触发信号频率。
3.根据权利要求1所述的一种提高触发式光纤陀螺标度因数线性度的方法，其特征在于：触发周期内光纤陀螺解算模块输出陀螺数据的标准次数的获得方法为：将第一次累加的陀螺数据的输出次数作为标准累加次数。
4.根据权利要求1所述的一种提高触发式光纤陀螺标度因数线性度的方法，其特征在于：步骤2)中，所述触发信号判断模块首次判断结果为真时，将陀螺数据累加寄存器和累加次数寄存器内累加的陀螺数据和输出次数清空，并重新开始累加；直至触发信号判断模块下一次给出判断结果为真时，将累加次数寄存器内累加的输出次数n和陀螺数据累加寄存器内的累加的陀螺数据F发送到数据处理模块，同时，将累加次数寄存器和陀螺数据累加寄存器内的数据清空。
5.根据权利要求1所述的一种提高触发式光纤陀螺标度因数线性度的方法，其特征在于：步骤2)中，累加模块每接收一个陀螺数据后，将其与陀螺数据累加寄存器内存储的数据叠加后重新存储在陀螺数据累加寄存器内，同时，陀螺数据的输出次数加1后重新存储到累加次数寄存器内；其中，第一个接收的数据直接存储在陀螺数据累加寄存器内，累加次数寄存器内的陀螺数据的输出次数直接记为1。
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