CN116147666B - 一种基于角位置测试高精度光学陀螺长航性能的方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及光学陀螺技术领域,尤其涉及一种基于角位置测试高精度光学陀螺长航性能的方法。
背景技术
光学陀螺凭借其全固态、高性能、高可靠性的 Sagnac 敏感机理在惯导系统应用领域占有不可或缺的一席,并呈现持续上升发展趋势。随着惯性仪表技术的发展,国外惯性导航系统技术的发展已进入光电时代。光学陀螺、激光陀螺等光学陀螺技术已经成熟,相应的惯性制导系统在多个领域内获得了广泛应用。
相对于其它类型陀螺,光学陀螺在长时间使用过程中存在众多外界环境的干扰,如光强以及热效应等,均会导致其输出中会包含各种各样的随机噪声(误差)项。在对光学陀螺进行噪声特性分析时,很难建立噪声准确的物理-数学模型,而功率谱密度函数(PowerSpectrum Density,PSD)可从另一方面定义噪声。这些噪声主要包括量化噪声、角度随机游走、零偏不稳定性、速率随机游走、速率斜坡。另外,其还包括占比较小的正弦类型噪声和其他噪声项。
随着导航技术的快速发展,作为核心元器件,光学陀螺仪在船舶惯导、制导领域得到了普遍应用。其精度基本决定了惯性导航系统(INS)的精度。一般陀螺精度达到以上就定义为高精度光学陀螺,在船用导航系统一般都需要采用高精度光学陀螺,陀螺零偏性能应是控制水平最高的参数。决定陀螺零偏性能的两个指标是Allan意义上的零偏不稳定性和随机游走系数,前者表征陀螺零偏的长期漂移,后者体现陀螺输出的短期噪声。
舰船运行的主要特点是航行时间长,因而惯性导航系统和陀螺仪长期处在工作状态。陀螺仪的随机漂移会造成发散的角度误差,且时间越长,发散程度越严重。因此在船用光学陀螺仪的研制和使用过程中,必须对其性能进行测试、分析和评估,然后通过适当的手段进行误差补偿提高精度。
相比于其他用途的陀螺仪,船用陀螺仪的设计和使用更Allan意义上的零偏不稳定性和随机游走系数。
现有的对高精度光学陀螺零偏性能和随机漂移的测试方法多采用GJB2624-2004进行测试,该测试方法可以测试出陀螺短期性能指标,如零偏稳定性性能、标度因数性能、随机游走性能指标,可满足航空、航天等短期导航系统的需求,但是却无法解决长航时高精度光学惯导对长期指标的准确测试。这是因为,由于长航时高精度光学惯导长时间工作过程中会受到各项外界环境的影响,如温度、振动等干扰的影响,并不能保证陀螺仪输出信号的平稳性。陀螺性能会在其工作过程中发生变化,如光学陀螺环圈在测试过程中受到外界环境变化导致的环圈形变,会导致陀螺标度因数发生变化,更坏的情况是,即使长航时高精度光学惯导进行温控可为陀螺提供良好的温度环圈,陀螺标度也会出现月、年变化,称为月标度稳定性、年标度稳定性。这些是传统的GJB2624-2004测试方法无法解决的。同时,船用长航时高精度光学惯导对陀螺长期可靠性也提出了要求,传统的测试方法无法解决可靠性的初步评估。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于角位置测试高精度光学陀螺长航性能的方法,基于光学陀螺角位置的变化对光学陀螺的性能进行测试,可解决光学陀螺月、年等长期性能的准确评估,同时,解决了长航时系统对光学陀螺可靠性的初步要求。
本发明是通过以下技术方案予以实现:
一种基于角位置测试高精度光学陀螺长航性能的方法,其包括如下步骤:
S1:将待测试光学陀螺安装在隔震速率转台上且光学陀螺敏感轴垂直于隔震速率转台转动轴;
S2:将光学陀螺及隔震速率转台分别通电,光学陀螺预热待温度平衡后开始测试;
S6:将隔震速率转台转动到光学陀螺初始安装位置处不动,采集陀螺输出数据,到达预设锁紧时间/>后,解锁隔震速率转台,重复步骤S3-步骤S4,将多次获得的光学陀螺安装位置/>求取平均值,得到锁紧时间/>后光学陀螺安装位置/>;
S7:陀螺性能指标计算:
优化的,步骤S2中预热时间为6-48小时。
优化的,步骤S3中预设采集时间为300秒。
优化的,步骤S6中预设锁紧时间为6-24小时。
发明的有益效果
附图说明
图1是本发明流程示意图。
图中:1.隔震基座,2.光学陀螺,3.速率转台。
具体实施方式
一种基于角位置测试高精度光学陀螺长航性能的方法,其流程示意图如图1所示:具体包括如下步骤:
S1:将待测试光学陀螺2安装在隔震速率转台上且光学陀螺敏感轴垂直于隔震速率转台转动轴;速率转台3转动的安装在隔震基座1上形成隔震速率转台,将待测试光学陀螺通过夹具安装到速率转台上,并且检测待测试光学陀螺的敏感轴是否与隔震速率转台的转动轴垂直,如果垂直则进行下一步,如果不垂直则调整待测试光学陀螺的安装位置,直至光学陀螺敏感轴垂直于隔震速率转台转动轴再进行下一步。
测试时,要求测试环境为恒温,一般是恒温室内,恒温室中月温度变化极差值不大于0.5摄氏度。
S2:将光学陀螺及隔震速率转台分别通电,并且检测光学陀螺内部是否温度平衡,若温度平衡则开始测试,若温度不平衡则延长预热时间,直至光学陀螺内部温度平衡再开始测试,预热时间至少6小时,可以为6-48小时,具体可根据被测光学陀螺热稳定时间进行设置;
S3:上位机控制隔震速率转台分别转动到位置、/>位置、/>位置、/>位置,并按照预设采集时间采集相应位置的陀螺输出数据;预设采集时间可以设定为300秒,以得到充足的陀螺输出数据,并求取相应位置多个陀螺输出数据的平均值作为该位置的陀螺输出,这样可以排除单次测量误差,保证测试结果的准确性;速率转台的转轴与Z轴平行,光学陀螺敏感轴与X轴平行时为/>位置或/>位置,光学陀螺敏感轴与Y轴平行时为/>位置或/>位置,具体隔震速率转台转动到/>位置示意图如图2所示,隔震速率转台转动到/>位置示意图如图3所示,隔震速率转台转动到/>位置示意图如图4所示,隔震速率转台转动到/>位置示意图如图5所示;
S6:将隔震速率转台转动到光学陀螺初始安装位置处不动,采集陀螺输出数据,到达预设锁紧时间/>后,解锁隔震速率转台,重复步骤S3-步骤S4,将多次获得的光学陀螺安装位置/>求取平均值,得到锁紧时间/>后光学陀螺安装位置/>;预设锁紧时间可以设定为6-24小时,或者更长时间,比如两天、三天,甚至一个月以上,更加便于准确的测试光学陀螺的长航性能;
隔震速率转台转动到光学陀螺初始安装位置处,可以采用隔震速率转台断电的方式使隔震速率转台锁紧不动,待到达预设锁紧时间/>后,再将隔震速率转台上电,解锁隔震速率转台,这样可以保证在锁紧时间段内,隔震速率转台保持在初始安装位置/>处不变,防止隔震速率转台位置变化对测试结果造成影响。
S7:陀螺性能指标计算:
具体实施例一:隔震速率转台位置时采集的陀螺输出数据均值/>为8151.88125,隔震速率转台/>位置时采集的陀螺输出数据均值/>为8169.12500,隔震速率转台/>位置时采集的陀螺输出数据均值/>为8151.87750,隔震速率转台/>位置时采集的陀螺输出数据均值/>为8169.12125,代入公式(1)就可以计算出/>,重复计算7次,依次得到/>=45.12,/>=45.11,/>=45.12,/>=44.99,/>=44.98,/>=44.96,/>=45.13,将这7个值求取平均值,得到/>=45.05125。
测试结果表明,被测高精度光学陀螺在整个30天测试过程中稳定可靠,评估了陀螺的可靠性,可为长航时惯导系统提供测试周期内准确的指标变化情况。
本发明的测试方法,通过上位机控制隔震速率转台分别转动到、/>、/>、后采集相应位置的陀螺输出数据,计算出光学陀螺安装位置,并进行多次测试,得到光学陀螺初始安装位置,然后将隔震速率转台锁紧不动,光学陀螺继续工作,达到预设时间后重复测试,得到准确达到锁紧时间后光学陀螺安装位置,然后根据二者角位置的变化,可以计算出光学陀螺长航的各种性能指标,如锁紧时间/>小时后光学陀螺角位置变化/>、陀螺零偏不稳定性/>、陀螺随机游走系数/>及陀螺标度因数稳定性/>,测试结果比较准确,并且可以根据这些性能指标及光学陀螺的精度要求,得到光学陀螺能够连续工作多长时间无故障,从而解决了长航时系统对光学陀螺可靠性的初步要求。
综上所述,本发明提出的一种基于角位置测试高精度光学陀螺长航性能的方法,能够准确测试出高精度光学陀螺长航后角位置的变化,从而实现了光学陀螺月、年等长期性能的准确评估,同时解决了长航时系统对光学陀螺可靠性的初步要求。
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 (6)
1.一种基于角位置测试高精度光学陀螺长航性能的方法,其特征在于:包括如下步骤:
S1:将待测试光学陀螺安装在隔震速率转台上且光学陀螺敏感轴垂直于隔震速率转台转动轴;
S2:将光学陀螺及隔震速率转台分别通电,光学陀螺预热待温度平衡后开始测试;
S6:将隔震速率转台转动到光学陀螺初始安装位置处不动,采集陀螺输出数据,到达预设锁紧时间/>后,解锁隔震速率转台,重复步骤S3-步骤S4,将多次获得的光学陀螺安装位置/>求取平均值,得到锁紧时间/>后光学陀螺安装位置/>;
S7:陀螺性能指标计算:
2.根据权利要求1所述的一种基于角位置测试高精度光学陀螺长航性能的方法,其特征在于:步骤S2中预热时间为6-48小时。
3.根据权利要求1所述的一种基于角位置测试高精度光学陀螺长航性能的方法,其特征在于:步骤S3中预设采集时间为300秒。
5.根据权利要求1所述的一种基于角位置测试高精度光学陀螺长航性能的方法,其特征在于:步骤S6中预设锁紧时间为6-24小时。
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