CN115371659A - 一种带前向校正的光纤陀螺全温零偏补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带前向校正的光纤陀螺全温零偏补偿方法，采集光纤陀螺的温度数据；根据温度数据获得时刻‑温度函数；根据时刻‑温度函数，计算下一时刻的预估温度值；依据下一时刻的预估温度值计算下一时刻的温度预测变化值，计算当前时刻的温度变化值；根据当前时刻的温度、当前时刻的温度变化值、下一时刻的温度预测变化值，计算补偿量并进行输出脉冲数补充。本发明通过引入温度变化趋势补偿，有效抑制了异常的温度畸变点，提高了光纤陀螺的参数补偿效果。

Description

一种带前向校正的光纤陀螺全温零偏补偿方法

技术领域

本方法属于惯性技术领域，具体涉及一种带前向校正的光纤陀螺全温零偏补偿方法，适用于惯性器件的全温零偏补偿方法。

背景技术

光纤陀螺作为惯导领域最重要的角速度传感器之一，具有无机械转动部件、启动快、成本低、可靠性高以及结构简单等优点，在火箭、飞机、舰船和车辆领域得到了广泛的应用。

实际工程应用中，由于光纤陀螺的设计和制造缺陷，在不同温度条件下应用时，往往会产生与温度相关联的零偏漂移，给光纤陀螺的高精度应用带来了较大的困扰。为了消除这种漂移，一般的设计思路有两种：

（1）设计温控系统，对光纤陀螺整机进行保温，使光纤陀螺始终工作在较为恒定的温度环境中；

（2）采用数学补偿的方式，建立光纤陀螺性能参数（如零偏、标度因数）等与温度之间的关联模型，使得光纤陀螺在全温范围内能够有一个较为稳定的输出。

方法（1）虽然可以取得较为理想的效果，但整个系统体积大、功耗高、热平衡慢，无法满足小体积、快启动、低功耗的应用需求，正逐渐的被方法（2）替代。

方法（2）虽然具有较强的普适性，但如何准确建立陀螺性能参数与温度之间的关联模型，是困扰光纤陀螺全温补偿精度进一步提高的难点。一般的，基于Shupe误差模型，拟合出光纤陀螺零偏与温变速率之间补偿系数，可以对Shupe误差进行有效补偿。但光纤陀螺在制造过程中，由于熔点质量、Y波导本底噪声、光纤环异常缺陷等因素的影响，还会存在各式各样的误差。传统的补偿方法，仅着眼于光纤陀螺当前敏感到的温度以及温变速率（与前一次温度值之差），无法对光纤陀螺所处的温变趋势进行全面的描述，因而也无法达到最优的补偿效果。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种带前向校正的光纤陀螺全温零偏补偿方法，引入温度变化趋势补偿，对光纤陀螺全温零偏进行超前校正，从而达到更好的补偿效果。

本发明的上述目的主要是通过下述技术方案进行解决的：

一种带前向校正的光纤陀螺全温零偏补偿方法，包括以下步骤：

步骤1、采集光纤陀螺的温度数据；

步骤2、根据温度数据获得时刻-温度函数；

步骤3、根据时刻-温度函数，计算下一时刻的预估温度值；

步骤4、依据下一时刻的预估温度值计算下一时刻的温度预测变化值，计算当前时刻的温度变化值；

步骤5、根据当前时刻的温度、当前时刻的温度变化值、下一时刻的温度预测变化值，计算补偿量；

步骤6、当前时刻的光纤陀螺的原始输出脉冲数加上补偿量，获得补偿后的光纤陀螺输出脉冲数；

步骤7、若下一时刻的预估温度值与实际温度值之间的差值超过了设定温度阈值，则下一时刻的预估温度值作为实际温度值，返回步骤1。

如上所述步骤5中补偿量基于以下公式获得：

ΔP_n = a0×T_n + a1×ΔT_n + a2×ΔT_n+1 ^’

其中，ΔP_n为补偿量，a0、a1、a2均为补偿系数，T_n为当前时刻的温度，ΔT_n为当前时刻的温度变化值，ΔT_n ^’为当前时刻的温度预测变化值。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、通过引入温度变化趋势补偿，有效抑制了异常的温度畸变点；

2、通过前向校正的光纤陀螺全温零偏补偿方法，提高了光纤陀螺的参数补偿效果。

附图说明

图1是补偿前后的输出的脉冲数与温度的关系图；

图2是补偿前后的输出端脉冲数与时间的关系图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实例对本发明作进一步的详细描述，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并非是对本发明的限制。

一种带前向校正的光纤陀螺全温零偏补偿方法，包括以下步骤：

步骤1，假定光纤陀螺上电后已开始通过自带的温度传感器采集温度数据，且当前时刻t_n的温度为T_n，其中n为大于2的整数，本实施例中，n为5，当前时刻t₅对应的温度T₅为33.43℃。

步骤2，根据温度采样时刻t_n、t_n-1、以及t_n-2对应的采样温度T_n、T_n-1、以及T_n-2进行二阶拟合，得到时刻-温度函数f(t, T)，本实施例中，t₅、t₄、以及t₃对应的温度T₅、T₄、T₃分别为33.43℃、33.37℃、33.30℃，时刻-温度函数f(t, T)为：T = -0.005t² + 0.105t + 33.03。

步骤3，利用时刻-温度函数f(t, T)，得到t_n+1时刻的预估温度值T_n+1 ^’，本实施例中，t₆时刻的预估温度值T₆ ^’ 为33.48℃。

步骤4，利用下式得到t_n时刻的光纤陀螺的温度变化值ΔT_n和t_n+1时刻的温度预测变化值ΔT_n+1 ^’。

ΔT_n=T_n-T_n-1

ΔT_n+1 ^’=T_n+1 ^’-T_n

本实施例中：

ΔT₅=T₅-T₄=33.43℃-33.37℃=0.06℃

ΔT₆ ^’=T₆ ^’-T₅=33.48℃-33.43℃=0.05℃

步骤5，t_n-1时刻到t_n时刻之间累积的脉冲数，在t_n时刻发出来，假定t_n时刻光纤陀螺的原始输出脉冲数为P_n，本实施例中，P_n=7700。那么可以按照下式对光纤陀螺的输出脉冲数进行零偏补偿，得到补偿量ΔP_n。

ΔP_n = a0×T_n + a1×ΔT_n + a2×ΔT_n+1 ^’

式中，a0、a1、a2均为补偿系数，a0、a1、a2均可通过实测数据拟合得到，本实施例中，a0、a1、a2分别为0.001、20和30，

ΔP₅ =0.001×33.43 + 20×0.06+ 30×0.05=0.16343。

步骤6，根据上述计算结果，利用下式即可得到补偿后的光纤陀螺输出脉冲数P_n ^’。

P_n ^’= P_n + ΔP_n

本实施例中，P_n ^’=7700+0.16343=7700.16343。

步骤7，在t_n+1时刻采集到的实际温度T_n+1，本实施例中T₆为33.50℃，与拟合得到的预估温度值T_n+1 ^’ 本实施例中T₆ ^’为33.48℃，相比较，如果两者之差超过了设定温度阈值（本实施例中为0.5℃），则认为T_n+1的值为野值，该时刻的温度值由T_n+1 ^’替代。之后可以重复步骤1~7，进入下一个时刻点的光纤陀螺的输出脉冲数的补偿。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种带前向校正的光纤陀螺全温零偏补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、采集光纤陀螺的温度数据；

步骤2、根据温度数据获得时刻-温度函数；

步骤3、根据时刻-温度函数，计算下一时刻的预估温度值；

步骤4、依据下一时刻的预估温度值计算下一时刻的温度预测变化值，计算当前时刻的温度变化值；

步骤5、根据当前时刻的温度、当前时刻的温度变化值、下一时刻的温度预测变化值，计算补偿量；

步骤6、当前时刻的光纤陀螺的原始输出脉冲数加上补偿量，获得补偿后的光纤陀螺输出脉冲数；

步骤7、若下一时刻的预估温度值与实际温度值之间的差值超过了设定温度阈值，则下一时刻的预估温度值作为实际温度值，返回步骤1。

2.根据权利要求1所述一种带前向校正的光纤陀螺全温零偏补偿方法，其特征在于，所述步骤5中补偿量基于以下公式获得：

ΔP_n = a0×T_n + a1×ΔT_n + a2×ΔT_n+1 ^’

其中，ΔP_n为补偿量，a0、a1、a2均为补偿系数，T_n为当前时刻的温度，ΔT_n为当前时刻的温度变化值，ΔT_n ^’为当前时刻的温度预测变化值。

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