CN112629560A - 高精度光纤陀螺多温度参数的自动化标定方法 - Google Patents

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黄继勋
张思楠
李凯钰
杨永斌
许保祥
于海成
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Abstract

本发明公开了高精度光纤陀螺多温度参数的自动化标定方法，本发明将待测陀螺安装至温箱内部的转台台面上，设定温箱以规定的温度条件进行温度试验，计算机控制转台以规定的速率和间隔进行自动化转动，陀螺连续采集全程数据。使用Matlab软件的自定义程序智能提取全温标定数据，并将全温零偏数据进行拼接，最终对标度因数和零偏温度参数进行自动计算与输出。本发明无需针对不同接口和协议的光纤陀螺编写新的自动标定软件，无需零偏和标度因数分别进行建模试验，仅通过一组实验即可分离各组陀螺标定数据和零偏数据，同时可实现各组陀螺标定数据的数据处理与判读，得到陀螺的标度因数和零偏的温度参数。

Description

高精度光纤陀螺多温度参数的自动化标定方法
技术领域
本发明涉及一种高精度光纤陀螺的温度建模数据的智能提取、拼接与模型处理方法。
背景技术
近年来，干涉型数字闭环光纤陀螺仪发展迅速，应用系统对光纤陀螺在温度下的精度要求越来越高。而对于高精度光纤陀螺而言，温度下光纤陀螺的测试与建模的方法以及效率也变得非常重要。随着速率转台以及计算机控制软件的相互通讯的简易化和人工智能的成熟化，高精度光纤陀螺的自动化标定测试以及数据处理成为光纤陀螺生产与测试的重要环节。
通常高精度光纤陀螺针对不同的应用系统需求有不同的电气接口和软件协议，为了实现陀螺的自动化标定、数据采集与处理，每种陀螺均有相应的自动标定软件，只针对特定的协议和接口。对于新研产品或其他协议和接口不同的陀螺，该软件不适用。通常需耗费人力和物力，增加软件版本、测试电缆等，或者使用人工进行手动标定，而人工标定方法耗时、耗力且存在人工输入错误的可能。
此外，通常在对高精度光纤陀螺进行温度建模时，零偏建模和标度因数建模需要分别开展实验，占用了大量的设备、电缆和大量的时间。
为此，需要提出一种通用的、智能的、简便的高精度光纤陀螺温度建模和数据处理方法，提升高精度光纤陀螺温度建模的准确性和效率。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种通用型高精度光纤陀螺的温度建模数据的智能提取、拼接与模型处理方法，适用于不同的输出协议和接口方式。
本发明的技术解决方案是：高精度光纤陀螺多温度参数的自动化标定方法，包括如下步骤：
将待测陀螺安装至温箱内部的转台台面上，设定温箱以规定的温度条件进行温度试验，转台以规定的速率和间隔进行自动化转动，陀螺连续采集全程数据；
从采集的全程数据中提取标定数据以及零偏数据，从标定数据中剔除变速率点数据，将剩余标定数据进行拼接，得到全温标定数据；
利用获取的全温标定数据以及陀螺零偏数据建立全温标度因数模型和零偏模型，进而完成光纤陀螺多温度参数的自动化标定。
优选的，所述的规定温度条件包括陀螺拟标定温度点以及各温度点下的保温时间，所述的保温时间满足在陀螺内部温度与温箱温度之差小于0.5℃基础上延长至少20分钟。
优选的，转台自动化转动间隔控制为在每个温度点，当满足陀螺内部温度与温箱温度之差小于0.5℃时，控制转台转动直至当前温度点下的保温时间结束。
优选的，每个温度点下转台转动的速率点要求从转台寻零开始，以转台寻零结束，实现每次速率标定前后的陀螺位置始终保持在转台零的位置上，即陀螺的零偏输入角速度始终为恒定的地球自转角速度分量，使陀螺零偏的数据保持连续。
优选的，通过下述方式从采集的全程数据中进行提取：
(1)判断采集的陀螺数据是否为转台寻零的数据，转台寻零的速度为恒定设定值，判断陀螺数据由转台静止的数据变化为该恒定值对应的数据则判定为转台寻零的数据；若不是，将该数据提取为零偏数据，若是，则提取为标定的起始数据，转步骤(2)；
(2)继续逐个判断陀螺数据是否为转台速率稳定，判断陀螺输出数据与之后预设时间段内输出的数据均值的偏差若小于转台速率偏差且陀螺数据不为转台静止的数据范围，则认定陀螺输出进入速率稳定状态，将该数据之后的稳定数据保存为陀螺标定数据，若不是，则该数据为转台变速率的数据，剔除该数据；
(3)重复(1)～(2)步骤，直至陀螺数据全部判断处理完成，形成拼接后的陀螺零偏数据和陀螺全温标定数据。
优选的，所述预设时间段为10s。
优选的，对获取的全温标定数据以及陀螺零偏数据进行拟合，建立标度因数温度模型和零偏温度模型，得到不同温度点下陀螺标度因数和零偏参数，进而自动完成不同温度点下陀螺的参数标定。
优选的，所述的拟合采用最小二乘拟合。
本发明与现有技术相比的优点在于：
无需针对不同接口和协议的光纤陀螺编写新的自动标定软件，无需零偏和标度因数分别进行建模试验，采取本发明提出的通用型高精度光纤陀螺的温度建模数据的智能提取、拼接与模型处理方法，仅通过一组实验即可同时得到陀螺全温标度因数数据和零偏数据，同时可实现各组陀螺标定数据的数据处理与判读，最终实现陀螺标度因数和零偏的多温度参数自动标定。
整个自动化标定过程，只需要在试验开始前的0.5h时进行陀螺的安装与连接、温箱和测试软件的设置，其余的21h试验时间均由计算机控制温箱与转台自动完成，且试验完成后陀螺的零偏和标度因数多温度参数均可以自动计算出。
该自动化标定方法由计算机控制温箱与转台来自动实现，适用于不同软件协议的陀螺，不需要对特定协议的陀螺编写相应的控制软件，具有通用性。
附图说明
图1本发明高精度光纤陀螺多温度参数的自动化标定方法；
图2本发明光纤陀螺在自动标定过程中的速率输出和温度输出曲线；
图3本发明采集的全程光纤陀螺输出数据文件；
图4本发明智能提取的光纤陀螺全温标定数据曲线；
图5本发明智能提取的光纤陀螺全温零偏数据曲线；
图6本发明智能提取后的光纤陀螺全温标定数据文件；
图7本发明计算后的光纤陀螺全温标定结果；
图8本发明计算的光纤陀螺全温零偏补偿前后曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体工作原理做解释。
本发明提供了一种高精度光纤陀螺多温度参数的自动化标定方法，该方法将待测陀螺安装至具备自动标定功能的温箱转台上，设定温箱以规定的温度条件进行温度试验，转台以规定的速率和间隔进行自动化转动，陀螺连续采集全程数据。使用Matlab软件的自定义程序智能提取全温标定数据，并将全温零偏数据进行拼接，最终对标度因数和零偏温度参数进行自动计算与输出。
本发明光纤陀螺多温度参数的自动化标定方法如图1所示。
本发明具体包括以下步骤：
(1)将待测陀螺安装至速率转台(下简称转台)台面上，陀螺敏感轴与转台旋转方向相同，其中转台台面置于温控试验箱(下简称温箱)中，连接陀螺测试电缆，陀螺上电。
(2)设置温箱以规定的温度条件开启，如图2中的温度曲线所示，包括20℃、-40℃、-20℃、10℃、40℃、60℃共6个温度点，每个温度点保温3h，变温速率为1℃/min，开启陀螺测试软件连续采集模式，采样间隔为1s，转台以规定的速率自动化转动，转台操作方式及速率点分别为：寻零、0°/s、0.1°/s、0.2°/s、0.5°/s、1°/s、2°/s、5°/s、10°/s、20°/s、50°/s、100°/s、200°/s、300°/s、400°/s、-0.1°/s、-0.2°/s、-0.5°/s、-1°/s、-2°/s、-5°/s、-10°/s、-20°/s、-50°/s、-100°/s、-200°/s、-300°/s、-400°/s、0°/s，寻零，每个速率点稳定后的测试时间为30s，陀螺输出如图3中的蓝色曲线所示；
(3)全部标定和温度试验结束后，保存测试数据，如图3所示。利用MATLAB软件的自定义处理程序智能提取标定数据、零偏数据等，MATLAB软件的自定义处理程序包括：陀螺和温度数据读取、陀螺数据判读、陀螺标定数据保存、陀螺零偏数据保存、陀螺零偏数据拼接、陀螺标定数据拟合与温度模型输出、陀螺零偏数据拟合与温度模型输出等7个功能模块。
(4)转台寻零的数据的特征比较明显且当组标定数据中唯一，由陀螺数据判读模块判断陀螺数据是否为转台寻零的数据，若不是，将该数据提取为零偏数据，若是，则提取为标定的起始数据，转步骤(5)。转台寻零的速度为恒定设定值，判断陀螺数据由转台静止的数据变化为该恒定值对应的数据则判定为转台寻零的数据。
(5)继续判断陀螺数据是否为转台速率稳定，若是则将该数据保存为陀螺标定数据，如图2中的虚线方框中标定数据所示；若不是，则该数据为转台变速率的数据，该数据不予以保存处理；
由于转台进行速率标定时，转台速率偏差小于0.1％，判断陀螺输出数据与之后10s输出的数据均值的偏差若小于0.1％且陀螺数据不为转台静止的数据范围，则认定陀螺输出进入速率稳定状态，将该数据之后的稳定数据保存为陀螺标定数据，若不是，则该数据为转台变速率的数据，剔除该数据；
(6)重复(4)～(5)步骤，直至陀螺数据全部判断处理完成，形成拼接后的陀螺零偏数据和陀螺标定数据，并分别予以保存；
光纤陀螺全温标定数据曲线如图4所示，光纤陀螺全温零偏数据曲线如图5所示，各温度点的标定数据文件如图6所示，图6所示的1.vatas～6.vats分别为图2所示的第1个温度点至第6个温度点稳定后的标定数据，光纤陀螺全温标定结果如图7所示，图7所示第1列为每组标定中陀螺的温度，单位为℃，第2列为拟合的陀螺标度因数，单位为^/(°/s)，第3列每组标定陀螺的标度因数非线性，单位为ppm，第4列为每组标定陀螺的标度因数不对称性，单位为ppm；光纤陀螺全温零偏补偿前后结果如图8所示。
本发明未公开的部分为本领域公知常识。

Claims (8)

1.高精度光纤陀螺多温度参数的自动化标定方法，其特征在于包括如下步骤：
将待测陀螺安装至温箱内部的转台台面上，设定温箱以规定的温度条件进行温度试验，转台以规定的速率和间隔进行自动化转动，陀螺连续采集全程数据；
从采集的全程数据中提取标定数据以及零偏数据，从标定数据中剔除变速率点数据，将剩余标定数据进行拼接，得到全温标定数据；
利用获取的全温标定数据以及陀螺零偏数据建立全温标度因数模型和零偏模型，进而完成光纤陀螺多温度参数的自动化标定。
2.根据权利要求1所述的自动化标定方法，其特征在于：所述的规定温度条件包括陀螺拟标定温度点以及各温度点下的保温时间，所述的保温时间满足在陀螺内部温度与温箱温度之差小于0.5℃基础上延长至少20分钟。
3.根据权利要求2所述的自动化标定方法，其特征在于：转台自动化转动间隔控制为在每个温度点，当满足陀螺内部温度与温箱温度之差小于0.5℃时，控制转台转动直至当前温度点下的保温时间结束。
4.根据权利要求2所述的自动化标定方法，其特征在于：每个温度点下转台转动的速率点要求从转台寻零开始，以转台寻零结束，实现每次速率标定前后的陀螺位置始终保持在转台零的位置上，即陀螺的零偏输入角速度始终为恒定的地球自转角速度分量，使陀螺零偏的数据保持连续。
5.根据权利要求4所述的自动化标定方法，其特征在于：通过下述方式从采集的全程数据中进行提取：
(1)判断采集的陀螺数据是否为转台寻零的数据，转台寻零的速度为恒定设定值，判断陀螺数据由转台静止的数据变化为该恒定值对应的数据则判定为转台寻零的数据；若不是，将该数据提取为零偏数据，若是，则提取为标定的起始数据，转步骤(2)；
(2)继续逐个判断陀螺数据是否为转台速率稳定，判断陀螺输出数据与之后预设时间段内输出的数据均值的偏差若小于转台速率偏差且陀螺数据不为转台静止的数据范围，则认定陀螺输出进入速率稳定状态，将该数据之后的稳定数据保存为陀螺标定数据，若不是，则该数据为转台变速率的数据，剔除该数据；
(3)重复(1)～(2)步骤，直至陀螺数据全部判断处理完成，形成拼接后的陀螺零偏数据和陀螺全温标定数据。
6.根据权利要求5所述的自动化标定方法，其特征在于：所述预设时间段为10s。
7.根据权利要求2所述的自动化标定方法，其特征在于：对获取的全温标定数据以及陀螺零偏数据进行拟合，建立标度因数温度模型和零偏温度模型，得到不同温度点下陀螺标度因数和零偏参数，进而自动完成不同温度点下陀螺的参数标定。
8.根据权利要求7所述的自动化标定方法，其特征在于：所述的拟合采用最小二乘拟合。
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