CN114509058B - 一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法及装置 - Google Patents

一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法及装置 Download PDF

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CN114509058B CN202111639710.5A CN202111639710A CN114509058B CN 114509058 B CN114509058 B CN 114509058B CN 202111639710 A CN202111639710 A CN 202111639710A CN 114509058 B CN114509058 B CN 114509058B
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Abstract

本发明属于惯性导航技术领域，尤其是一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法及装置。解决目前冷态开机启动阶段陀螺零位漂移造成惯导系统对准精度下降，响应时间延迟的问题。该方法包括以下步骤：构建陀螺零位温度误差传递函数模型；确定陀螺零位温度误差传递函数模型的模型参数，得到目标陀螺零位温度误差传递函数模型：根据目标陀螺零位温度误差传递函数模型进行误差预测和误差补偿。所述光学陀螺开机段零位温度误差补偿装置应用于光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法中。

Description

一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法及装置
技术领域
本发明涉及惯性导航技术领域，尤其涉及一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法。
背景技术
光学陀螺主要包括光纤陀螺与激光陀螺，相比于经典的转子陀螺，具有角速度测量范围宽，耐过载冲击，启动时间短等突出优点，特别适用于捷联惯性导航系统。作为惯导系统的核心仪表，陀螺仪的性能表现直接决定惯导系统的导航精度。但光学陀螺输出会受到温度影响，由此产生的仪表零位温度漂移误差严重制约系统导航精度和快速反应性能的提高。特别是对于惯导冷态启动条件下的开机阶段，此时温度变化一般最为剧烈且陀螺内部温升不均匀，温度梯度较大，使得开机阶段的零位温度误差模型与其他热态工作阶段存在显著差异。
为了抑制温度变化对于陀螺零位稳定性的影响，目前普遍采用的解决方法是温度控制和温度误差补偿。温度误差补偿本质上是一种基于数学建模的方法，通过温度试验激励并从陀螺输出中分离零位温度误差，利用误差与温度之间的相关性，建立两者模型，并在系统输出中予以扣除。相比于温度控制，此类方法只需较少的硬件支持，并且启动时间短，因而获得了广泛的应用。建模时，工程上经典的做法是利用简单多项式对零位误差与陀螺温度进行最小二乘拟合。在IEEE有关光纤陀螺的标准《IEEE Std 952-1997》中给出输入角速率与陀螺输出的一个附加修正项，称为环境敏感项，其中系数包括温度增量，温度变化率等，用户可根据拟合效果进行自主选择。为进一步提高拟合精度，在模型中增加温度与温度变化率的高阶项以及乘积项，并利用逐步回归法分析模型中各项对激光陀螺零位误差的贡献程度，剔除非显著项，简化误差模型。然而，直接多项式法的拟合能力有限，容易出现阶数过高和过补偿，造成多重共线性，且不考虑实际物理过程，使得结果对参数变化敏感且不稳定。
信息技术特别是智能控制领域的发展为陀螺零位温度误差建模提供更多选择。相比于多项式，能够描述更加复杂的模型关系，具有更强的自学习以及自适应能力。例如在《光学精密工程》发表的《基于RBF神经网络的数字闭环光纤陀螺温度误差补偿》就利用RBF神经网络并结合最优线性平滑对陀螺零位进补偿。然而目前智能方法并未经过实践的大量检验，主要还停留在学术研究阶段，尚未见到工程应用的报道。同时目前的研究多集中于惯导长时间工作阶段的陀螺零位温度误差补偿，对于陀螺开机启动段，尤其是冷态启动的零位漂移建模关注很少，造成惯导系统对准精度下降，响应时间延迟。
发明内容
本发明的目的是为解决目前冷态开机启动阶段陀螺零位漂移造成惯导系统对准精度下降，响应时间延迟的问题。，而提出的一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法及装置。
本发明提供一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：构建陀螺零位温度误差传递函数模型；陀螺零位温度误差传递函数模型包括惯导电流与陀螺温度相对变化量、惯导电流与陀螺零位相对温度误差，以及陀螺温度相对变化量与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型；
步骤2：确定陀螺零位温度误差传递函数模型的模型参数，得到目标陀螺零位温度误差传递函数模型；
步骤3：根据目标陀螺零位温度误差传递函数模型进行误差预测和误差补偿。
相比于传统不区分惯导工作状态的陀螺零位温度误差多项式唯象拟合的建模方法，本发明采用系统传递函数进行误差建模的方法对于冷态启动开机段具有更佳的误差预测和补偿效果。
进一步的，所述步骤1中，构建陀螺零位温度误差传递的函数模型具体包括以下步骤：
步骤1.1：将惯导静止安装在温箱中，在不同恒定温度点下对惯导进行保温；
步骤1.2：对惯导开机通电，记录惯导电流、陀螺温度与陀螺零位变化；
步骤1.3：构建惯导电流与陀螺温度相对变化量以及惯导电流与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型并利用积分法辨识模型系数；
步骤1.4：构建陀螺温度相对变化量与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型并离散化，获得离散系统模型系数；
步骤1.5：对不同恒定温度点下的离散系统模型系数连续化，获得离散系统连续模型系数，利用最小二乘辨识离散系统连续模型系数；
步骤1.6：将不同恒定温度点下陀螺初始零偏误差连续化，建立陀螺绝对温度与陀螺初始零偏误差模型，将陀螺零位相对温度误差与陀螺初始零偏误差相结合，获得陀螺零位温度误差传递函数模型。
进一步的，所述步骤1.1包括：将惯导静止安装在温箱中，将惯导的工作温度范围Tmin～Tmax分为K段，Tmin<T2<T3<…<TK-1<Tmax，其中，T1＝Tmin，TK＝Tmax，利用温箱在温度点Tk，k＝1,2,…,K对惯导进行保温。
所述步骤1.2包括：当惯导在温度点Tk达到热平衡后，对惯导开机通电，记电流稳定值为I0k，将惯导电流Ik视作幅值为I0k的阶跃输入,将电流传递函数表示为Ik(s)＝I0k/s，记录陀螺温度随时间的变化TGk(t)与陀螺零位误差随时间的变化eGk(t)，记陀螺温度相对变化量ΔTGk(t)＝TGk(t)-TGk(0)，陀螺零位相对温度误差EGk(t)＝eGk(t)-eGk(0)，其中，0表示惯导通电时刻，即初始值。
进一步的，所述步骤1.3包括：
步骤1.3.1：构建惯导电流与陀螺温度相对变化量以及惯导电流与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型，所述传递函数模型包括：
Figure GDA0003908784990000041
其中，n，m为选取模型阶数，
Figure GDA0003908784990000042
为惯导电流与陀螺温度相对变化量传递函数模型，Uk，
Figure GDA0003908784990000051
为传递函数模型
Figure GDA0003908784990000052
系数，
Figure GDA0003908784990000053
为惯导电流与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型，Vk，
Figure GDA0003908784990000054
为传递函数模型
Figure GDA0003908784990000055
系数，k＝1,2,…,K；
步骤1.3.2:利用积分法辨识传递函数模型中模型系数。
进一步的，所述步骤1.4包括：
步骤1.4.1：根据所述传递函数模型公式(1)，获得陀螺温度相对变化量与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型：
Figure GDA0003908784990000056
步骤1.4.2：根据惯导采样率，利用双线性变换将传递函数模型
Figure GDA0003908784990000057
进行离散化，为：
Figure GDA0003908784990000058
其中，
Figure GDA0003908784990000059
为离散系统模型系数。
进一步的，步骤1.5.1：利用多项式将公式(3)对应的不同恒定温度点下的离散系统模型系数连续化，建立离散系统模型系数与陀螺绝对温度TG关系，为：
Figure GDA00039087849900000510
其中，(TG-Tk)+＝max(0,TG-Tk)，
Figure GDA00039087849900000511
为对应ai的模型系数，i＝1,2,…,nz；
Figure GDA0003908784990000061
为对应bi的模型系数，i＝1,2,…,mz；
Figure GDA0003908784990000062
为对应W的模型系数；
Qa，Qb，QW为选取的模型阶数；
步骤1.5.2：利用
Figure GDA0003908784990000063
k＝1,2,...,K作为辨识数据集结合最小二乘辨识系数ai对应系数，其中，∞表示陀螺温度稳定时刻。
进一步的，所述步骤1.6包括：
步骤1.6.1：将不同恒定温度点下陀螺初始零偏误差eGk(0)连续化，建立陀螺绝对温度TG与陀螺初始零偏误差eG0(TG)关系，为：
Figure GDA0003908784990000064
其中，
Figure GDA0003908784990000065
为对应eG0(TG)的模型系数，QG为选取的模型阶数；
步骤1.6.2：利用{eGk(0),TGk(0)}，k＝1,2,...,K作为辨识数据集结合最小二乘辨识系数eG0(TG)对应系数，获得陀螺零位温度误差传递函数模型。
进一步地，所述步骤3包括：
Figure GDA0003908784990000066
Figure GDA0003908784990000067
步骤3.1，利用公式(4)，(5)，(6.1)分别计算陀螺零位相对温度误差EG与陀螺初始零偏误差eG0；
步骤3.2，利用公式(6.2)计算陀螺零偏误差补偿量eG，并在陀螺输出中扣除完成对陀螺开机段零位温度误差的在线补偿。
与现有技术相比，本发明在不同恒定环境温度点下进行惯导冷态开机启动试验，记录启动过程中的惯导总电流、陀螺温度与陀螺零位变化。之后建立惯导电流与陀螺温度变化量以及惯导电流与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型并利用积分法辨识模型系数，在此基础上，获得不同恒定环境温度点下陀螺温度变化量与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型并离散化。再将不同温度点下传递函数模型系数利用样条多项式光滑连接，利用最小二乘辨识模型系数。同时，将不同恒定温度点下陀螺初始零偏温度误差连续化，建立陀螺温度与初始零偏误差模型。将陀螺零位相对温度误差与陀螺初始零偏温度误差相结合，最终得到适用于全温范围的冷态启动陀螺零位温度误差模型，能够适用于惯导系统冷态启动开机段对陀螺零位温度漂移精确补偿的特殊需求，无需计算温度变化率，避免了求取温度一阶导数所引入的噪声以及平滑微分噪声所引入的延时。计算量小、精度高。具有更佳的误差预测和补偿效果
本发明提供一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿装置，该装置包括：
零位温度误差传递函数模块，用于构建陀螺零位温度误差传递函数模型；陀螺零位温度误差传递函数模型包括惯导电流与陀螺温度相对变化量、惯导电流与陀螺零位相对温度误差，以及陀螺温度相对变化量与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型；
目标零位温度误差传递函数模块，用于确定陀螺零位温度误差传递函数模型的模型参数，得到目标陀螺零位温度误差传递函数模型；
误差预测与补偿模块，用于根据目标陀螺零位温度误差传递函数模型进行误差预测和误差补偿。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿装置的有益效果与上述技术方案所述一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法的有益效果相同，在此不做赘述。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的冷态启动时陀螺零位温度误差传递函数模型图；
图3本发明实施例提供的一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿装置的结构示意图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本实施例中提到的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明，旨在以具体方式呈现相关概念，不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。
本发明实施例提供一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法，图1示出了本发明实施例所提供的一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤1：构建陀螺零位温度误差传递函数模型；陀螺零位温度误差传递函数模型包括惯导电流与陀螺温度相对变化量、惯导电流与陀螺零位相对温度误差，以及陀螺温度相对变化量与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型
Figure GDA0003908784990000091
与
Figure GDA0003908784990000092
图2示出了本发明实施例所提供的陀螺零位温度误差传递函数模型图，如图1和图2所示，构建陀螺零位温度误差传递函数模型具体包括以下步骤：
步骤1.1：将惯导静止安装在温箱中，根据实际应用环境，将惯导的工作温度范围Tmin～Tmax分为K段，即Tmin<T2<T3<…<TK-1<Tmax，其中，记T1＝Tmin，TK＝Tmax，利用温箱在温度点Tk，k＝1,2,…,K对惯导进行充分保温，具体地，对惯导不加电，使惯导与温箱环境温度达到热平衡。
步骤1.2：当惯导在温度点Tk达到热平衡后，给惯导开机通电，记电流稳定值为I0k，将惯导电流Ik视作幅值为I0k的阶跃输入,将电流传递函数表示为Ik(s)＝I0k/s。
第一，开机通电后，陀螺温度上升引起陀螺零位漂移，记录此开机阶段陀螺温度，具体地，可以为陀螺温度传感器输出的温度。记录开机阶段陀螺温度随时间的变化TGk(t)以及陀螺零位温度误差随时间的变化eGk(t)；
第二，记录陀螺温度相对变化量ΔTGk(t)＝TGk(t)-TGk(0)，陀螺零位相对温度误差EGk(t)＝eGk(t)-eGk(0)，其中，0表示惯导通电时刻，即初始值；
第三，当陀螺温度达到稳定后，此时的陀螺温度相对变化量与陀螺零位相对温度误差分别记为ΔTGk(∞)与EGk(∞)；其中，∞表示陀螺温度稳定时刻。
步骤1.3：构建惯导电流与陀螺温度相对变化量以及惯导电流与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型并利用积分法辨识。
具体地，步骤1.3包括：
步骤1.3.1：将惯导电流与陀螺温度相对变化量以及惯导电流与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数
Figure GDA0003908784990000101
与
Figure GDA0003908784990000102
分别写为如下形式：
Figure GDA0003908784990000103
其中，n，m为选取模型阶数，
Figure GDA0003908784990000104
为惯导电流与陀螺温度相对变化量传递函数模型，Uk，
Figure GDA0003908784990000105
为传递函数模型
Figure GDA0003908784990000106
系数，
Figure GDA0003908784990000111
为惯导电流与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型，Vk，
Figure GDA0003908784990000112
为传递函数
Figure GDA0003908784990000113
模型系数，k＝1,2,…,K；
步骤1.3.2：利用积分法辨识公式(1)中模型系数，具体地，以
Figure GDA0003908784990000114
为例，采用下述步骤辨识公式(1)中模型系数：
a.计算开环增益
Figure GDA0003908784990000115
b.归一化，取
Figure GDA0003908784990000116
c.记
Figure GDA0003908784990000117
F1k＝F1k(∞)，则
Figure GDA0003908784990000118
记
Figure GDA0003908784990000119
F2k＝F2k(∞)，则
Figure GDA00039087849900001110
以此类推，得到
Figure GDA00039087849900001111
Fnk＝Fnk(∞)，则
Figure GDA00039087849900001112
d.同理，可得到Uk，
Figure GDA00039087849900001113
步骤1.4：构建陀螺温度相对变化量与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型并离散化，获得离散系统模型系数。
具体地，步骤1.4包括：
步骤1.4.1：根据公式(1)，得到陀螺温度相对变化量与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数
Figure GDA00039087849900001114
Figure GDA00039087849900001115
步骤1.4.2：根据惯导采样率，利用双线性变换将公式(2)的传递函数
Figure GDA00039087849900001116
进行离散化，可得离散系统模型
Figure GDA00039087849900001117
Figure GDA00039087849900001118
其中，
Figure GDA00039087849900001119
为模型系数。
步骤1.5:对不同恒定温度点下的离散系统模型系数连续化，利用最小二乘辨识离散系统模型系数。
具体的，步骤1.5包括：
步骤1.5.1：利用多项式将公式(3)对应不同恒定温度点下的离散模型系数连续化，建立全温范围下的模型系数与陀螺绝对温度TG的关系，为：
Figure GDA0003908784990000121
其中，(TG-Tk)+＝max(0,TG-Tk)，
Figure GDA0003908784990000122
为对应ai的模型系数，i＝1,2,…,nz，
Figure GDA0003908784990000123
为对应bi的模型系数，i＝1,2,…,mz，
Figure GDA0003908784990000124
为对应W的模型系数，Qa，Qb，QW为选取的模型阶数。
步骤1.5.2：利用
Figure GDA0003908784990000125
作为辨识数据集结合最小二乘可辨识系数ai对应系数，其中，∞表示陀螺温度稳定时刻，其余系数可采用类似方法获得。
1.6：将不同恒定温度点下陀螺初始零偏误差连续化，建立陀螺绝对温度与陀螺初始零偏误差模型，将陀螺零位相对温度误差与陀螺初始零偏误差相结合，获得陀螺零位温度误差传递函数模型。
具体地，步骤1.6包括：
步骤1.6.1：将不同恒定温度点下陀螺初始零偏误差eGk(0)连续化，建立初始零偏eG0(TG)与陀螺绝对温度TG的关系，记为：
Figure GDA0003908784990000131
其中，
Figure GDA0003908784990000132
为对应eG0(TG)的模型系数。QG为选取的模型阶数。
步骤1.6.2：利用{eGk(0),TGk(0)}，k＝1,2,...,K作为辨识数据集结合最小二乘可辨识系数eG0(TG)对应系数，获得陀螺零位温度误差传递函数模型。
步骤2：确定陀螺零位温度误差传递函数模型的模型参数，得到目标陀螺零位温度误差传递函数模型。
步骤3：根据目标陀螺零位温度误差传递函数模型进行误差预测和误差补偿；
具体地，通过公式(4)将公式(3)中离散模型的系数进行了连续化，重写为下面的公式(6.1)：
Figure GDA0003908784990000133
Figure GDA0003908784990000134
通过实时采集陀螺温度数据TG，利用公式(4)，(5)，(6.1)分别计算陀螺零位相对温度误差EG与陀螺初始零偏误差eG0，再利用公式(6.2)计算陀螺零偏误差补偿量eG，并在陀螺输出中扣除即可完成对陀螺开机段零位温度误差的在线补偿。
与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法具有如下有益效果：
1、通过在不同恒定环境温度点下进行惯导冷态开机启动试验，记录启动过程中的惯导总电流、陀螺温度与陀螺零位变化；之后建立惯导电流与陀螺温度变化量以及惯导电流与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型并利用积分法辨识模型系数。在此基础上，获得不同恒定环境温度点下陀螺温度变化量与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型并离散化。再将不同恒定温度点下传递函数模型系数利用样条多项式光滑连接，利用最小二乘辨识模型系数。同时，将不同恒定温度点下陀螺初始零偏温度误差连续化，建立陀螺温度与初始零偏误差模型。将陀螺零位相对温度误差与陀螺初始零偏温度误差相结合，最终得到适用于全温范围的冷态启动陀螺零位温度误差模型，能够适用于惯导系统冷态启动开机段对陀螺零位温度漂移精确补偿的特殊需求。
2、本发明无需计算温度变化率，避免了求取温度一阶导数所引入的噪声以及平滑微分噪声所引入的延时。
3、相比于传统不区分惯导工作状态的陀螺零位温度误差多项式唯象拟合的建模方法，本发明采用系统传递函数进行误差建模的方法对于冷态启动开机段具有更佳的误差预测和补偿效果。
本发明实施例提供一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿装置，图3示出了本发明实施例所提供的一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿装置的结构示意图，如图3所示，该装置包括：
零位温度误差传递函数模块1，用于构建陀螺零位温度误差传递函数模型；陀螺零位温度误差传递函数模型包括惯导电流与陀螺温度相对变化量、惯导电流与陀螺零位相对温度误差，以及陀螺温度相对变化量与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型；
目标零位温度误差传递函数模块2，用于确定陀螺零位温度误差传递函数模型的模型参数，得到目标陀螺零位温度误差传递函数模型；
误差预测与补偿模块3，用于根据目标陀螺零位温度误差传递函数模型进行误差预测和误差补偿。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿装置的有益效果与上述技术方案所述一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法的有益效果相同，在此不做赘述。
此外，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括总线、收发器、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该收发器、该存储器和处理器分别通过总线相连，计算机程序被处理器执行时实现上述一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
此外，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
计算机可读存储介质包括：永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体，是可以保留和存储供指令执行设备所使用指令的有形设备。计算机可读存储介质包括：电子存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备以及上述任意合适的组合。计算机可读存储介质包括：相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带存储、磁带磁盘存储或其他磁性存储设备、记忆棒、机械编码装置(例如在其上记录有指令的凹槽中的穿孔卡或凸起结构)或任何其他非传输介质、可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本发明实施例中的界定，计算机可读存储介质不包括暂时信号本身，例如无线电波或其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输介质传播的电磁波(例如穿过光纤电缆的光脉冲)或通过导线传输的电信号。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所披露的装置、电子设备和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的、机械的或其他的形式连接。
所述作为分离部件说明的单元可以是或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或也可以不是物理单元，既可以位于一个位置，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来解决本发明实施例方案要解决的问题。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术作出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(包括：个人计算机、服务器、数据中心或其他网络设备)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而上述存储介质包括如前述所列举的各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换的技术方案，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：构建陀螺零位温度误差传递函数模型；陀螺零位温度误差传递函数模型包括惯导电流与陀螺温度相对变化量、惯导电流与陀螺零位相对温度误差，以及陀螺温度相对变化量与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型；
步骤2：确定陀螺零位温度误差传递函数模型的模型参数，得到目标陀螺零位温度误差传递函数模型；
步骤3：根据目标陀螺零位温度误差传递函数模型进行误差预测和误差补偿。
2.根据权利要求1所述的一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法，其特征在于，所述步骤1中，构建陀螺零位温度误差传递函数模型包括以下步骤：
步骤1.1：将惯导静止安装在温箱中，在不同恒定温度点下对惯导进行保温；
步骤1.2：对惯导开机通电，记录惯导电流、陀螺温度与陀螺零位变化；
步骤1.3：构建惯导电流与陀螺温度相对变化量以及惯导电流与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型并利用积分法辨识模型系数；
步骤1.4：构建陀螺温度相对变化量与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型并离散化，获得离散系统模型系数；
步骤1.5：对不同恒定温度点下的离散系统模型系数连续化，获得离散系统连续模型系数，利用最小二乘辨识离散系统连续模型系数；
步骤1.6：将不同恒定温度点下陀螺初始零偏误差连续化，建立陀螺绝对温度与陀螺初始零偏误差模型，将陀螺零位相对温度误差与陀螺初始零偏误差相结合，获得陀螺零位温度误差传递函数模型。
3.根据权利要求2所述的一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法，其特征在于，所述步骤1.1包括：将惯导静止安装在温箱中，将惯导的工作温度范围Tmin～Tmax分为K段，Tmin<T2<T3<…<TK-1<Tmax，其中，T1＝Tmin，TK＝Tmax，利用温箱在温度点Tk，k＝1,2,…,K对惯导进行保温。
4.根据权利要求3所述的一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法，其特征在于，所述步骤1.2包括：
当惯导在温度点Tk达到热平衡后，对惯导开机通电，记电流稳定值为I0k，将惯导电流Ik视作幅值为I0k的阶跃输入,将电流传递函数表示为Ik(s)＝I0k/s，记录陀螺温度随时间的变化TGk(t)与陀螺零位误差随时间的变化eGk(t)，记陀螺温度相对变化量ΔTGk(t)＝TGk(t)-TGk(0)，陀螺零位相对温度误差EGk(t)＝eGk(t)-eGk(0)，其中，0表示惯导通电时刻，即初始值。
5.根据权利要求4所述的一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法，其特征在于，所述步骤1.3包括：
步骤1.3.1：构建惯导电流与陀螺温度相对变化量以及惯导电流与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型，所述传递函数模型包括：
Figure FDA0003908784980000021
其中，n，m为选取模型阶数，
Figure FDA0003908784980000022
为惯导电流与陀螺温度相对变化量传递函数模型，
Figure FDA0003908784980000031
为传递函数模型
Figure FDA0003908784980000032
系数，
Figure FDA0003908784980000033
为惯导电流与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型，
Figure FDA0003908784980000034
为传递函数
Figure FDA0003908784980000035
模型系数，k＝1,2,…,K；
步骤1.3.2:利用积分法辨识所述传递函数模型中模型系数。
6.根据权利要求5所述的一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法，其特征在于，所述步骤1.4包括：
步骤1.4.1：根据所述传递函数模型公式(1)，获得陀螺温度相对变化量与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型：
Figure FDA0003908784980000036
步骤1.4.2：根据惯导采样率，利用双线性变换将传递函数模型
Figure FDA0003908784980000037
进行离散化，为：
Figure FDA0003908784980000038
其中，
Figure FDA0003908784980000039
为离散系统模型系数。
7.根据权利要求6所述的一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法，其特征在于，所述步骤1.5包括:
步骤1.5.1：利用多项式将公式(3)对应的不同恒定温度点下的离散系统模型系数连续化，建立离散系统模型系数与陀螺绝对温度TG关系，为：
Figure FDA00039087849800000310
其中，(TG-Tk)+＝max(0,TG-Tk)，
Figure FDA0003908784980000041
为对应ai的模型系数，i＝1,2,…,nz；
Figure FDA0003908784980000042
为对应bi的模型系数，i＝1,2,…,mz；
Figure FDA0003908784980000043
为对应W的模型系数；
Qa，Qb，QW为选取的模型阶数；
步骤1.5.2：利用
Figure FDA0003908784980000044
作为辨识数据集结合最小二乘辨识系数ai对应系数，其中，∞表示陀螺温度稳定时刻。
8.根据权利要求7所述的一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法，其特征在于，所述步骤1.6包括：
步骤1.6.1：将不同恒定温度点下陀螺初始零偏误差eGk(0)连续化，建立陀螺绝对温度TG与陀螺初始零偏误差eG0(TG)关系，为：
Figure FDA0003908784980000045
其中，
Figure FDA0003908784980000046
为对应eG0(TG)的模型系数，QG为选取的模型阶数；
步骤1.6.2：利用{eGk(0),TGk(0)}，k＝1,2,...,K作为辨识数据集结合最小二乘辨识系数eG0(TG)对应系数，获得陀螺零位温度误差传递函数模型。
9.根据权利要求8所述的一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法，其特征在于，所述步骤3包括：
Figure FDA0003908784980000047
Figure FDA0003908784980000048
步骤3.1，利用公式(4)，(5)，(6.1)分别计算陀螺零位相对温度误差EG与陀螺初始零偏误差eG0；
步骤3.2，利用公式(6.2)计算陀螺零偏误差补偿量eG，并在陀螺输出中扣除完成对陀螺开机段零位温度误差的在线补偿。
10.一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿装置，其特征在于，包括：
零位温度误差传递函数模块，用于构建陀螺零位温度误差传递函数模型；陀螺零位温度误差传递函数模型包括惯导电流与陀螺温度相对变化量、惯导电流与陀螺零位相对温度误差，以及陀螺温度相对变化量与陀螺零位相对温度误差之间的传递函数模型；
目标零位温度误差传递函数模块，用于确定陀螺零位温度误差传递函数模型的模型参数，得到目标陀螺零位温度误差传递函数模型；
误差预测与补偿模块，用于根据目标陀螺零位温度误差传递函数模型进行误差预测和误差补偿。
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