CN110954136A - 一种光纤陀螺温度补偿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤陀螺温度补偿的方法，具体步骤包括：搭建系统级温度补偿平台，设置不同的仿真实验条件,并用相应实验对仿真结果进行了验证；采集与处理所述温度补偿平台的工况温度数据；分析各温度因素的相关性,用高阶多项式算法和RBF神经网络算法来补偿温度误差,建立相应的数学模型；通过最小二乘法补偿,并用该方法对陀螺输出进行补偿,为对比线性与非线性补偿方法的补偿效果,编写BP神经网络补偿界面,使用该界面对陀螺输出补偿。采用本发明的方法对光纤陀螺进行温度漂移的补偿,可以有效提高光纤陀螺的测量精度。
Description
技术领域
本发明属于光纤惯导系统技术领域，涉及一种光纤陀螺温度补偿的方法。
背景技术
光纤陀螺拥有精度高、体积小、启动快、耐冲击的优点,光纤陀螺性能优越，但光纤陀螺的精度易受很多因素影响,为了提高其精度,在传统的光纤陀螺温度漂移补偿方法中，温度漂移建模针对单只陀螺，用以抑制光纤陀螺的温度效应,通过改善光纤材料、多极对称环圈绕法、加装温控装置等方法,使得器件级的温度漂移模型建模环境不能真实反映惯导系统内部的热环境变化，无法满足系统级的温度漂移补偿，并未完美地解决该问题,还增加了陀螺结构的复杂性。
发明内容
本发明的目的是提供一种光纤陀螺温度补偿的方法，解决了现有技术中光纤陀螺温度漂移补偿时，存在的精度低的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种光纤陀螺温度补偿的方法，其特征在于，具体步骤包括：
步骤1、搭建系统级温度补偿平台，设置不同的仿真实验条件,并用相应实验对仿真结果进行了验证；
步骤2、采集与处理所述温度补偿平台的工况温度数据；
步骤3、分析各温度因素的相关性,用高阶多项式算法和RBF神经网络算法来补偿温度误差,建立相应的数学模型；
步骤4、通过最小二乘法补偿,并用该方法对陀螺输出进行补偿,为对比线性与非线性补偿方法的补偿效果,编写BP神经网络补偿界面,使用该界面对陀螺输出补偿。
本发明的特点还在于，
步骤1利用前置装配程序装配光纤惯导系统，以实现光纤陀螺系统级的工作环境,搭建温控平台并设计温控策略以获得各温度条件下的实际工况环境。
步骤2中用有限元方法模拟温度场对光纤陀螺的影响,对器件进行稳态分析和瞬态分析,通过产生温度漂移的热学机理得出相应的热分布情况。
步骤3建立的升温过程中的陀螺输出标准差与变温速率的模型,以该模型作为陀螺热漂移误差与变温速率关系的评价指标，将光纤陀螺的零偏补偿模型在光纤捷联惯组的工况环境中建立，在充分反映系统性温度变化和温度变化率的基础上，获得系统温度形成的测量偏差并予以消除，保证了光纤惯组在全温域环境下的精度。
步骤4最小二乘法对陀螺标度因数进行补偿,提出变阶数最小均方算法进行标度因数补偿。
本发明的有益效果是，一种光纤陀螺温度补偿的方法，通过光纤陀螺元件和输出的温度特性和补偿算法,改善了其输出的温度误差,将光纤陀螺在光纤捷联惯组的工况环境中建立，在充分反映系统性温度变化和温度变化率的基础上，获得系统温度形成的测量偏差并予以消除，保证了光纤惯组在全温域环境下精度。
具体实施方式
本发明一种光纤陀螺温度补偿的方法，通过光纤陀螺元件和输出的温度特性和补偿算法,改善了其输出的温度误差,本发明一种光纤陀螺温度补偿的方法，具体步骤包括：
步骤1、搭建系统级温度补偿平台；设置了不同的仿真实验条件,并用相应实验对仿真结果进行了验证；利用前置装配程序装配光纤惯导系统，以实现光纤陀螺系统级的工作环境,搭建温控平台并设计温控策略以获得各温度条件下的实际工况环境。
步骤2、采集与处理所述温度补偿平台的工况温度数据；用有限元方法模拟温度场对光纤陀螺的影响,对器件进行稳态分析和瞬态分析,通过产生温度漂移的热学机理得出相应的热分布情况。
步骤3、分析各温度因素的相关性,用高阶多项式算法和RBF神经网络算法来补偿温度误差,建立相应的数学模型；建立的升温过程中的陀螺输出标准差与变温速率的模型,以该模型作为陀螺热漂移误差与变温速率关系的评价指标，将光纤陀螺的零偏补偿模型在光纤捷联惯组的工况环境中建立，在充分反映系统性温度变化和温度变化率的基础上，获得系统温度形成的测量偏差并予以消除，保证了光纤惯组在全温域环境下的精度。
步骤4、通过最小二乘法,并用该方法对陀螺输出进行补偿,为对比线性与非线性补偿方法的补偿效果,编写BP神经网络补偿界面,使用该界面对陀螺输出补偿,比较两种方法的补偿结果,得出BP神经网络补偿效果更优的结论。最小二乘法对陀螺标度因数进行补偿,针对传统最小二乘法阶数固定、不能实现在线补偿的缺点,提出变阶数最小均方算法进行标度因数补偿。实验结果也证明,该方案补偿效果明显优于最小二乘法,能够更好地评价光纤陀螺性能。
本发明一种光纤陀螺温度补偿的方法，设计了不同温度值和不同温度变化速率条件下的光纤陀螺实验,分析了实验数据,计算模型中的相关参数,评价算法的补偿效果。光纤陀螺的温度效应涉及热学、弹性力学、光学、电子学等学科,系统地研究其成因和解决办法,有利于高精度惯导系统的研制。光纤陀螺温度误差是一个非线性问题,规律比较复杂,在应用高阶多项式算法时,简便快捷,在工程中可以方便应用。RBF神经网络算法复杂,可以解决非线性问题,结合二者,能有效补偿温度漂移误差。
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一实施例的一种光纤陀螺温度补偿的方法，通过光纤陀螺元件和输出的温度特性和补偿算法,改善了其输出的温度误差,本发明一种光纤陀螺温度补偿的方法，具体步骤包括：
步骤1、搭建系统级温度补偿平台；设置了不同的仿真实验条件,并用相应实验对仿真结果进行了验证；利用前置装配程序装配光纤惯导系统，以实现光纤陀螺系统级的工作环境,搭建温控平台并设计温控策略以获得各温度条件下的实际工况环境。
步骤2、采集与处理所述温度补偿平台的工况温度数据；用有限元方法模拟温度场对光纤陀螺的影响,对器件进行稳态分析和瞬态分析,通过产生温度漂移的热学机理得出相应的热分布情况。
步骤3、分析各温度因素的相关性,用高阶多项式算法和RBF神经网络算法来补偿温度误差,建立相应的数学模型；建立的升温过程中的陀螺输出标准差与变温速率的模型,以该模型作为陀螺热漂移误差与变温速率关系的评价指标，将光纤陀螺的零偏补偿模型在光纤捷联惯组的工况环境中建立，在充分反映系统性温度变化和温度变化率的基础上，获得系统温度形成的测量偏差并予以消除，保证了光纤惯组在全温域环境下的精度。
步骤4、通过最小二乘法,并用该方法对陀螺输出进行补偿,为对比线性与非线性补偿方法的补偿效果,编写BP神经网络补偿界面,使用该界面对陀螺输出补偿,比较两种方法的补偿结果,得出BP神经网络补偿效果更优的结论。最小二乘法对陀螺标度因数进行补偿,针对传统最小二乘法阶数固定、不能实现在线补偿的缺点,提出变阶数最小均方算法进行标度因数补偿。实验结果也证明,该方案补偿效果明显优于最小二乘法,能够更好地评价光纤陀螺性能。
本发明一种光纤陀螺温度补偿的方法，设计了不同温度值和不同温度变化速率条件下的光纤陀螺实验,分析了实验数据,采用本发明的方法对光纤陀螺进行温度漂移的补偿,可以有效提高光纤陀螺的测量精度。
Claims (5)
1.一种光纤陀螺温度补偿的方法，其特征在于，具体步骤包括：
步骤1、搭建系统级温度补偿平台，设置不同的仿真实验条件,并用相应实验对仿真结果进行了验证；
步骤2、采集与处理所述温度补偿平台的工况温度数据；
步骤3、分析各温度因素的相关性,用高阶多项式算法和RBF神经网络算法来补偿温度误差,建立相应的数学模型；
步骤4、通过最小二乘法补偿,并用该方法对陀螺输出进行补偿,为对比线性与非线性补偿方法的补偿效果,编写BP神经网络补偿界面,使用该界面对陀螺输出补偿。
2.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺温度补偿的方法，其特征在于，所述步骤1利用前置装配程序装配光纤惯导系统，以实现光纤陀螺系统级的工作环境,搭建温控平台并设计温控策略以获得各温度条件下的实际工况环境。
3.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺温度补偿的方法，其特征在于，所述步骤2中用有限元方法模拟温度场对光纤陀螺的影响,对器件进行稳态分析和瞬态分析,通过产生温度漂移的热学机理得出相应的热分布情况。
4.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺温度补偿的方法，其特征在于，所述步骤3建立的升温过程中的陀螺输出标准差与变温速率的模型,以该模型作为陀螺热漂移误差与变温速率关系的评价指标，将光纤陀螺的零偏补偿模型在光纤捷联惯组的工况环境中建立，在充分反映系统性温度变化和温度变化率的基础上，获得系统温度形成的测量偏差并予以消除，保证了光纤惯组在全温域环境下的精度。
5.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺温度补偿的方法，其特征在于，所述步骤4最小二乘法对陀螺标度因数进行补偿,提出变阶数最小均方算法进行标度因数补偿。
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