CN115655316B - 基于地球位置变化的光纤陀螺精度测试方法 - Google Patents

基于地球位置变化的光纤陀螺精度测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光纤陀螺技术领域，尤其涉及基于地球位置变化的光纤陀螺精度测试方法，包括如下流程：将光纤陀螺安装在测试平台上且与加速度计成90°，再与高精度分度表固装后通电测试；将高精度分度表依次转过设定角度，采集光纤陀螺输出数据并传输给上位机计算出
Figure 62523DEST_PATH_IMAGE001
，测试平台处于北向，采集光纤陀螺及加速度计输出，解算出测试平台初始状态信息，再采集测试时间周期内光纤陀螺及加速度计的输出，解算出定位误差及姿态误差；再计算出光纤陀螺定位精度及姿态精度。本发明提供的方法利用地球位置变化对比光纤陀螺测试平台的实时输出，可以获得光纤陀螺定位精度及姿态精度。

Description

基于地球位置变化的光纤陀螺精度测试方法
技术领域
本发明涉及光纤陀螺技术领域，尤其涉及基于地球位置变化的光纤陀螺精度测试方法。
背景技术
惯性导航误差的主要来源包括惯性传感器误差、初始条件误差和导航解算误差，这三种误差对导航精度发挥了决定性作用。尤其是对光纤惯导系统来说，采用旋转调制技术后，仅有陀螺随机误差、标度因数误差引起发散的定位误差。因此，惯性传感器光纤陀螺的误差是三种误差中最关键的误差因数，如何准确的测量出光纤陀螺短期噪声误差、长期漂移误差及长期误差变化趋势成为影响陀螺在光纤惯导系统应用的关键因素。
地球在以太阳系为惯性空间里的运动包括公转和自转，公转是指地球质心(地球自转轴) 绕太阳系质心的运动,自转是地球本体绕地球质心(地球自转轴)的转动，如图1所示。对于放在地球表面的惯导系统，由于地球位置变化受到太空中诸多大质量天体引力变化产生一定影响。目前，对于外太空天体引力的研究主要围绕对卫星轨道或者太空探测器的影响上，或者对地月轨道影响的研究上，需要进一步研究地球表面系统在太阳左右下的运动规律，利用该规律实现光纤陀螺精度测试，解决光纤陀螺在无更高可溯源基准条件下的测试难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供基于地球位置变化的光纤陀螺精度测试方法，通过搭建光纤陀螺测试平台，利用该平台寻北，找到测试开始时光纤陀螺的初始位置信息，然后利用地球位置变化对比光纤陀螺测试平台的实时输出，可以获得定位误差既姿态误差信息，再经过计算可获得光纤陀螺的定位精度及姿态精度。
本发明是通过以下技术方案予以实现：
基于地球位置变化的光纤陀螺精度测试方法，其包括如下步骤：
S1:将光纤陀螺置于隔振恒温环境并固定安装在测试平台上，且光纤陀螺与加速度计空间成90°摆放，再将测试平台与隔振平台上的高精度分度表固定安装在一起；
S2:将光纤陀螺及测试平台通电，待光纤陀螺及测试平台温度平衡后开始测试；
S3:将高精度分度表依次转过
Figure 654913DEST_PATH_IMAGE001
，分别采集光纤陀螺输出数据，并将输出数据传输给上 位机；
S4:上位机按照式（1）计算出平台北向位置
Figure 167934DEST_PATH_IMAGE002
；
Figure 815821DEST_PATH_IMAGE003
（1）；
式中：
Figure 197124DEST_PATH_IMAGE004
为高精度分度表转过
Figure 849954DEST_PATH_IMAGE005
时陀螺的输出数据，
Figure 35341DEST_PATH_IMAGE006
为高精度分度表转过
Figure 531044DEST_PATH_IMAGE007
时陀螺的输出数据，
Figure 466770DEST_PATH_IMAGE008
为高精度分度表转过
Figure 66117DEST_PATH_IMAGE009
时陀螺的输出数据，
Figure 920940DEST_PATH_IMAGE010
为高精度 分度表转过
Figure 28573DEST_PATH_IMAGE011
时陀螺的输出数据；
S5:将高精度分度表转动
Figure 502411DEST_PATH_IMAGE012
，使测试平台方位处于北向位置，采集光纤陀螺及加 速度计的输出数据，交由上位机进行解算，得到测试平台初始状态位置信息及姿态信息，且 计测试平台初始状态的定位误差为0海里，姿态误差为0°；
S6:再采集测试时间周期内的光纤陀螺及加速度计的输出数据信息，并传输给上位机解算出测试时间周期内测试平台的定位误差及姿态误差；
S7:上位机将S6解算出的测试时间周期内测试平台的定位误差代入式（2），计算出光纤陀螺的定位精度，上位机将S6解算出的测试时间周期内测试平台的姿态误差代入式（3），计算出光纤陀螺的姿态精度；
Figure 379100DEST_PATH_IMAGE013
（2）
式中：
Figure 781656DEST_PATH_IMAGE014
为定位误差，
Figure 111006DEST_PATH_IMAGE015
为光纤陀螺的定位精度，t为测试时间周期；
Figure 122956DEST_PATH_IMAGE016
（3）
式中：
Figure 995097DEST_PATH_IMAGE017
为姿态误差，
Figure 316357DEST_PATH_IMAGE018
为光纤陀螺的姿态精度，t为测试时间周期。
优化的，S6中测试时间周期至少为90天。
优化的，S2中根据陀螺尺寸大小设定温度平衡时间。
发明的有益效果
本发明提供的基于地球位置变化的光纤陀螺精度测试方法，通过搭建光纤陀螺测试平台，利用该平台寻北，找到测试开始时光纤陀螺的初始位置信息，然后利用地球位置变化对比光纤陀螺测试平台的实时输出，可以获得定位误差及姿态误差信息，再经过计算可获得光纤陀螺的定位精度及姿态精度。
附图说明
图1是地球公转及章动示意图；
图2是本发明上位机解算流程图。
具体实施方式
基于地球位置变化的光纤陀螺精度测试方法，其测试方法包括如下步骤：
S1:将光纤陀螺置于隔振恒温环境并固定安装在测试平台上，且光纤陀螺与加速度计空间成90°摆放，再将测试平台与隔振平台上的高精度分度表固定安装在一起；
S2:将光纤陀螺及测试平台通电，待光纤陀螺及测试平台温度平衡后开始测试；
S3:将高精度分度表依次转过
Figure 913429DEST_PATH_IMAGE001
，分别采集光纤陀螺输出数据，并将输出数据传输给上 位机；
S4:上位机按照式（1）计算出平台北向位置
Figure 978337DEST_PATH_IMAGE019
Figure 970564DEST_PATH_IMAGE020
（1）；
式中：
Figure 479037DEST_PATH_IMAGE021
为高精度分度表转过
Figure 923925DEST_PATH_IMAGE022
时陀螺的输出数据，
Figure 792523DEST_PATH_IMAGE023
为高精度分度表转过
Figure 4369DEST_PATH_IMAGE024
时陀螺的输出数据，
Figure 667431DEST_PATH_IMAGE025
为高精度分度表转过
Figure 865195DEST_PATH_IMAGE026
时陀螺的输出数据，
Figure 22638DEST_PATH_IMAGE027
为高精度分度表 转过
Figure 582932DEST_PATH_IMAGE028
时陀螺的输出数据；
S5:将高精度分度表转动
Figure 666163DEST_PATH_IMAGE029
，使测试平台方位处于北向位置，采集光纤陀螺及加速 度计的输出数据，交由上位机进行解算，得到测试平台初始状态位置信息及姿态信息，且计 测试平台初始状态的定位误差为0海里，姿态误差为0°；具体解算过程为现有技术，这里不 做赘述，可以按照附图2的流程图进行解算。
S6:再采集测试时间周期内的光纤陀螺及加速度计的输出数据信息，并传输给上位机解算出测试时间周期内测试平台的定位误差及姿态误差；具体解算过程为现有技术，这里不做赘述，可以按照附图2的流程图进行解算。
S7:上位机将S6解算出的测试时间周期内测试平台的定位误差代入式（2），计算出光纤陀螺的定位精度，上位机将S6解算出的测试时间周期内测试平台的姿态误差代入式（3），计算出光纤陀螺的姿态精度；
Figure 944698DEST_PATH_IMAGE030
（2）
式中：
Figure 30466DEST_PATH_IMAGE031
为定位误差，
Figure 461578DEST_PATH_IMAGE032
为光纤陀螺的定位精度，t为测试时间周期；
Figure 997602DEST_PATH_IMAGE033
（3）
式中：
Figure 638799DEST_PATH_IMAGE034
为姿态误差，
Figure 639509DEST_PATH_IMAGE035
为光纤陀螺的姿态精度，t为测试时间周期。
由于地球在以太阳系为惯性空间里的运动包括公转和自转，公转是指地球质心(地球自转轴) 绕太阳系质心的运动,自转是地球本体绕地球质心(地球自转轴)的转动，如图1所示。对于放在地球表面的惯导系统，由于地球位置变化受到太空中诸多大质量天体引力变化产生一定影响。日地月系统存在着三个明显的周期项，分别为地球自转周期、月球绕地公转周期、地球绕日公转周期。利用开普勒轨道参数可计算出一段时间内(30天、60天、180天)的日地月天体位置及周期。表1为某日地球绕日公转轨道和月球绕地公转轨道的开普勒参数。
表1 日地月系统开普勒轨道参数
Figure 439975DEST_PATH_IMAGE036
本方法利用上述地球位置变化特性，可以实现在无更高可溯源测量基准的条件下超高精度的光纤陀螺性能的准确测试。
优化的，S6中测试时间周期至少为90天，由于月球绕地球公转周期为30天，所以地球表面测试平台受到月球影响周期也为30天，即30天可获得一次误差数据，为实现误差数据的准确处理，采用3个月周期误差数据进行光纤陀螺精度的计算，计算结果更加准确。
优化的，S2中根据陀螺尺寸大小设定不同的温度平衡时间，具体的210mm陀螺设置温度平衡时间为48小时，260mm陀螺设置温度平衡时间为72小时，300mm陀螺设置温度平衡时间为120小时。由于光纤陀螺环圈尺寸大，光纤长，更容易受到温度变化的影响，只有温度平衡后的陀螺输出才可以作为陀螺测试输出，否则由于温度变化影响导致陀螺输出误差是不作为陀螺精度误差，后续数据处理过程中，温度变化误差也需要进行滤除，这样测试过程就比较复杂，而且影响测试结果的准确性，因此必须待温度平衡后才能进行测试。
综上所述，本发明提出的基于地球位置变化的光纤陀螺精度测试方法，通过搭建光纤陀螺测试平台，利用该平台寻北，找到测试开始时光纤陀螺的初始位置信息，然后利用地球位置变化对比光纤陀螺测试平台的实时输出，可以获得定位误差及姿态误差信息，再经过计算可获得光纤陀螺的定位精度及姿态精度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于地球位置变化的光纤陀螺精度测试方法，其特征在于：测试方法包括如下步骤：
S1:将光纤陀螺置于隔振恒温环境并固定安装在测试平台上，且光纤陀螺与加速度计空间成90°摆放，再将测试平台与隔振平台上的高精度分度表固定安装在一起；
S2:将光纤陀螺及测试平台通电，待光纤陀螺及测试平台温度平衡后开始测试；
S3:将高精度分度表依次转过
Figure 481709DEST_PATH_IMAGE001
，分别采集光纤陀螺输出数据，并将输出数据传输给 上位机；
S4:上位机按照式（1）计算出平台北向位置
Figure 126448DEST_PATH_IMAGE002
；
Figure 756013DEST_PATH_IMAGE003
（1）；
式中：
Figure 693751DEST_PATH_IMAGE004
为高精度分度表转过
Figure 549711DEST_PATH_IMAGE005
时陀螺的输出数据，
Figure 247409DEST_PATH_IMAGE006
为高精度分度表转过
Figure 606846DEST_PATH_IMAGE007
时陀螺的输出数据，
Figure 482529DEST_PATH_IMAGE008
为高精度分度表转过
Figure 153682DEST_PATH_IMAGE009
时陀螺的输出数据，
Figure 907268DEST_PATH_IMAGE010
为高精度分度 表转过
Figure 245845DEST_PATH_IMAGE011
时陀螺的输出数据；
S5:将高精度分度表转动
Figure 682643DEST_PATH_IMAGE012
，使测试平台方位处于北向位置，采集光纤陀螺及加速度计 的输出数据，交由上位机进行解算，得到测试平台初始状态位置信息及姿态信息，且计测试 平台初始状态的定位误差为0海里，姿态误差为0°；
S6:再采集测试时间周期内的光纤陀螺及加速度计的输出数据信息，并传输给上位机解算出测试时间周期内测试平台的定位误差及姿态误差；
S7:上位机将S6解算出的测试时间周期内测试平台的定位误差代入式（2），计算出光纤陀螺的定位精度，上位机将S6解算出的测试时间周期内测试平台的姿态误差代入式（3），计算出光纤陀螺的姿态精度；
Figure 857403DEST_PATH_IMAGE013
（2）
式中：
Figure 631324DEST_PATH_IMAGE014
为定位误差，
Figure 73676DEST_PATH_IMAGE015
为光纤陀螺的定位精度，t为测试时间周期；
Figure 415795DEST_PATH_IMAGE016
（3）
式中：
Figure 592699DEST_PATH_IMAGE017
为姿态误差，
Figure 921043DEST_PATH_IMAGE018
为光纤陀螺的姿态精度，t为测试时间周期。
2.根据权利要求1所述的基于地球位置变化的光纤陀螺精度测试方法，其特征在于：S6中测试时间周期至少为90天。
3.根据权利要求1所述的基于地球位置变化的光纤陀螺精度测试方法，其特征在于：S2中根据陀螺尺寸大小设定温度平衡时间。
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