CN116448088B - 一种陀螺仪校正装置及校正方法 - Google Patents

一种陀螺仪校正装置及校正方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种陀螺仪校正装置及校正方法，具体包括第一陀螺仪、第二陀螺仪和校正模块，第一陀螺仪和第二陀螺仪均与校正模块连接，第一陀螺仪的测量精度小于第二陀螺仪的测量精度；在第二陀螺仪的启动阶段，第一陀螺仪获取当前角速度输入量，校正模块根据第一陀螺仪的输出数据将第二陀螺仪的输出信号修正至负反馈的陀螺闭环空间。通过对启动时短时间内敏感信号动态检测及反馈信号变化进行初判，结合陀螺仪输出对陀螺仪闭环及输出数据进行修订，确保输出数据准确性，避免转动条件下陀螺仪启动输出跨条纹异常问题。

Description

一种陀螺仪校正装置及校正方法
技术领域
本发明涉及光学陀螺技术领域，尤其涉及一种陀螺仪校正装置及校正方法。
背景技术
目前所报道的光纤陀螺仪通过增加光纤长度和光纤环圈直径提高陀螺的精度，一般采用长光纤大尺寸光纤环圈设计，然而当光纤陀螺采用长光纤大直径设计时，陀螺仪的最大测量范围将线性的降低。
目前，光纤陀螺仪基于萨格纳克（Sagnac）效应，在相对惯性空间转动的闭环光路中所传播光的一种相关效应，即在同一闭合光路中从同一光源发出的两束特征相等的光，以相反的方向进行传播，最后汇合到同一探测点。在相对惯性空间转动中会产生相位偏转引起相位差，输出数据不准确，导致转动条件下陀螺仪启动输出跨条纹异常问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种陀螺仪校正装置及校正方法，通过对启动时短时间内敏感信号动态检测及反馈信号变化进行初判，结合陀螺输出对陀仪螺闭环及输出数据进行修订，确保输出数据准确性，采用该方法可以实现任意角速率输入条件下陀螺准确输出敏感信息，避免转动条件下光纤陀螺启动输出跨条纹异常问题。
根据本发明的一方面，提供了一种陀螺仪校正装置，具体包括第一陀螺仪、第二陀螺仪和校正模块，第一陀螺仪和第二陀螺仪均与校正模块连接，第一陀螺仪的测量精度小于第二陀螺仪的测量精度；
在第二陀螺仪的启动阶段，第一陀螺仪获取当前角速度输入量，校正模块根据第一陀螺仪的输出数据将第二陀螺仪的输出信号修正至负反馈的陀螺闭环空间。
可选地，第一陀螺仪包括微机电系统陀螺仪，第二陀螺仪包括光纤陀螺仪。
可选地，校正模块根据第一陀螺仪的输出数据，判断光纤陀螺仪的启动转速是否在一个条纹工作范围内，并根据判定结果将光纤陀螺仪的输出信号修正至负反馈的陀螺闭环空间。
可选地，若校正模块判定光纤陀螺仪的启动转速在一个条纹工作范围内，校正模块直接根据第一陀螺仪的输出数据和第二陀螺仪的解调数据校正光纤陀螺仪。
可选地，若校正模块判定光纤陀螺仪的启动转速在第P个条纹工作范围内，校正模块先根据跨条纹数量进行数据移位，再校正光纤陀螺仪，其中P为大于或等于2的整数。
可选地，光纤陀螺仪包括光学传感头、光电转换模块和解算及调制反馈模块；
光学传感头用于响应待测敏感信号；
光电转换模块用于将光学传感头的光信号转换为电信号；
解算及调制反馈模块用于根据电信号解调待测敏感信号并给光学传感头提供反馈，输出测量结果。
可选地，解算及调制反馈模块包括积分单元、解调单元、数据分析单元、综合研判单元和控制输出单元，校正模块包括数据采集单元、分析处理单元和数据判决单元，光纤陀螺仪的校正过程包括：
设定第N个解调周期时积分单元的积分数据为IN，同时刻解调单元的解调数据为MN，光纤陀螺仪启动时刻各环节的数据均初始化为0， I1=0，M1=0；
数据分析单元读取解调单元的解调数据，记录解调数据MQ+1及解调数据的差分数据MQ+1-MQ，同时记录积分单元的积分数据IQ+1，将数据的方向和大小送入综合研判单元；
数据采集单元读取的微机电系统陀螺仪信息送到分析处理单元，分析出输入转速及方向，分析结果输出到数据判决单元进行判定，通过转速信息给出光纤陀螺仪处于第几个条纹工作，转向信息给出判定信息，指出陀螺解调数据和积分数据是否满足闭环工作条件；
综合研判单元根据数据分析单元和数据判决单元给出的结果进行分析判断，控制输出单元给出校正指令及修正数据对积分数据进行调整；
其中，N为自然数，Q为大于或等于4的整数。
可选地，光学传感头包括光源、耦合器、Y型波导和光纤环圈；
光源的输出端与耦合器的第一端连接，耦合器的第二端与Y型波导的第一端连接，耦合器的第三端与光电转换模块连接，Y型波导与光纤环圈连接。
可选地，光纤环圈的光纤长度大于或等于5km，直径大于或等于150mm。
根据本发明的另一方面，提供了一种陀螺仪校正方法，利用上述的陀螺仪校正装置执行，陀螺仪校正方法包括：
在第二陀螺仪的启动阶段，第一陀螺仪获取当前角速度输入量；
校正模块根据第一陀螺仪的输出数据将第二陀螺仪的输出信号修正至负反馈的陀螺闭环空间。
本发明实施例提供的一种陀螺仪校正装置及校正方法，具体包括第一陀螺仪、第二陀螺仪和校正模块，第一陀螺仪和第二陀螺仪均与校正模块连接，第一陀螺仪的测量精度小于第二陀螺仪的测量精度；在第二陀螺仪的启动阶段，第一陀螺仪获取当前角速度输入量，校正模块根据第一陀螺仪的输出数据将第二陀螺仪的输出信号修正至负反馈的陀螺闭环空间。通过对陀螺解算输出信号、解调信号及其差分信息进行分析，同时结合低精度的第一陀螺仪（不存在条纹限制）输出数据对陀螺闭环进行校正、补偿控制，提升陀螺仪启动的准确性和可靠性，从而实现陀螺仪有转速输入时的可靠启动。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种陀螺仪校正装置的结构框图；
图2为本发明实施例提供的一种陀螺仪启动的输出信号示意图；
图3为本发明实施例提供的一种陀螺仪的结构框图；
图4为本发明实施例提供的一种陀螺仪的局部结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种光纤陀螺仪的光纤传感头的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种陀螺仪校正方法的流程图。
其中，1-第二陀螺仪，2-第一陀螺仪，3-校正模块，110-光学传感头，120-光电转换模块，130-解算及调制反馈模块，111-光源，112-耦合器，113-Y型波导，114-光纤环圈，131-积分单元、132-解调单元、133-数据分析单元、134-综合研判单元，135-控制输出单元，310-数据采集单元、320-分析处理单元，330-数据判决单元。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1为本发明实施例提供的一种陀螺仪校正装置的结构框图，参考图1，该陀螺仪校正装置具体包括，第一陀螺仪2、第二陀螺仪1和校正模块3，第一陀螺仪2和第二陀螺仪1均与校正模块3连接，第一陀螺仪2的测量精度小于第二陀螺仪1的测量精度；
在第二陀螺仪1的启动阶段，第一陀螺仪2获取当前角速度输入量，校正模块3根据第一陀螺仪2的输出数据将第二陀螺仪1的输出信号修正至负反馈的陀螺闭环空间。
其中，第一陀螺仪2用于通过获取当前角速度输入量，第二陀螺仪1用于对外界输入的实时补偿，校正模块3用于根据第一陀螺仪2的输出数据将第二陀螺仪1的输出信号以硬件和/或软件的形式进行逻辑运算修正，直至为负反馈的陀螺闭环空间。
可以理解的是，第一陀螺仪2和第二陀螺仪1同时进行敏感信号动态检测，校正模块3根据第一陀螺仪2的输出数据将第二陀螺仪1的输出信号以硬件和/或软件的形式进行逻辑运算修正，直至为负反馈的陀螺闭环空间，输出信号。
可选地，第一陀螺仪包括微机电系统陀螺仪，第二陀螺仪包括光纤陀螺仪。
其中，第一陀螺仪包括微机电系统陀螺仪，可以是采用振动物体传感角速度，利用振动来诱导和探测科里奥利力而设计的微机电系统陀螺仪，即MEMs陀螺仪，第二陀螺仪包括光纤陀螺仪，可以是相关参数满足匹配要求的所有光纤陀螺仪。
可选地，校正模块根据第一陀螺仪的输出数据，判断光纤陀螺仪的启动转速是否在一个条纹工作范围内，并根据判定结果将光纤陀螺仪的输出信号修正至负反馈的陀螺闭环空间。
其中，校正模块采用硬件和/或软件的形式根据第一陀螺仪的输出数据进行逻辑运算及相关判断，识别当前角速度输入量是否满足光纤陀螺仪的启动转速，并根据判定结果通过硬件和/或软件的形式将光纤陀螺仪的输出信号经逻辑运算修正至负反馈的陀螺闭环空间。
可选地，若校正模块判定光纤陀螺仪的启动转速在一个条纹工作范围内，校正模块直接根据第一陀螺仪的输出数据和第二陀螺仪的解调数据校正光纤陀螺仪。
其中，第二陀螺仪即光纤陀螺仪的解调数据校正如下：
光纤陀螺Sagnac效应引起的相位差可由公式一计算：
（公式一）
其中，为相位差；L为光波传播的光程长度，单位为m；R为闭合光路围成的等效圆面积的半径，单位为m；Ω为角速率，单位为rad/s。
对于光纤陀螺，假定耦合器具有精度1：1分光，有ECW=ECCW=E0，则：
(公式二)
其中，为相位差，E为光振幅，ECW为光线在光线陀螺仪的光纤环圈中顺时针旋转下的光振幅；ECCW为光线在光线陀螺仪的光纤环圈中逆时针旋转下的光振幅；E0为光纤陀螺仪分光后，进入光纤环圈前的光振幅；Eout为光纤陀螺仪输出光振幅。
光电探测器所检测光强ID为:
(公式三)
其中：。
数字闭环陀螺采用数字式相位斜波反馈，采用方波信号作为偏置调制，方波的调制频率为光纤环圈的本征频率/>，其中/>为光通过光纤环圈的传输时间，从而产生/>的偏置调制。无速率信息输入时，光电探测器输出为一条直线；旋转时输出变成调制方波同频率的方波信号。如图2所示。
方波信号的相邻半周期上的两种调制态之差为
(公式四)
其中：ΔI为光强度差；为反馈相位差；/>为旋转引起的相位差；I0为光信号强度；/>为调制相位。
所检测的ΔI通过闭环回路产生反馈相位差，/>与旋转引起的相移/>大小相等、符号相反，总的相位差/>被控制到零位上。将反馈相位/>通过芯片输出即可得到输入旋转角速率信息。
可以理解的是，经积分运算后得到相位差判断，无速率信息输入时，探测器输出为一条直线；当转速在一个条纹工作范围时，旋转时输出变成调制方波同频率的方波信号，此时处于负反馈的陀螺闭环空间，数据测量准确；当转速较大，不在一个条纹工作范围时，出现跨条纹输出，此时可能会出现正反馈而出现测量错误。
由上述陀螺工作及解调原理和公式四可以看出陀螺解算是对余弦函数的求解过程，余弦函数为周期函数，存在多解的情况。图2为本发明实施例提供的一种陀螺仪启动的输出信号示意图，图2的左侧上方为第一陀螺仪2的输入信号波形图，图2的左侧下方为陀螺仪在不同转速下输入的调制信号波形图，图2的右侧向右为光电探测器不同转速的输出信号。
可选地，若校正模块判定光纤陀螺仪的启动转速在第P个条纹工作范围内，校正模块先根据跨条纹数量进行数据移位，再校正光纤陀螺仪，其中P为大于或等于2的整数。
其中，由于输入信号为余弦函数具有周期为2π的周期性函数，在不同周期均有相同数值的相位相对应，光纤陀螺仪的条纹同样具有周期性，与输入的余弦函数相对应，第偶数条纹开始重复周期，故而当校正模块判定光纤陀螺仪的启动转速在第P（P为大于或等于2的整数）个条纹工作范围内，校正模块可以先根据跨条纹数量进行数据移位，再校正光纤陀螺仪。
可以理解的是，当校正模块判定光纤陀螺仪的启动转速在第P（P为大于或等于2的整数）个条纹工作范围内，校正模块可以先根据跨条纹数量将数据移位，移动P个周期，再校正光纤陀螺仪。
可选地，若校正模块判定光纤陀螺仪的启动转速在一个条纹工作范围内，校正模块直接根据第一陀螺仪的输出数据和第二陀螺仪的解调数据校正光纤陀螺仪。
其中，在输入信号的一个周期中，即满足一个条纹工作范围，其不同转速下，校正模块会直接根据第一陀螺仪的输出数据和第二陀螺仪的解调数据校正光纤陀螺仪。
示例性地，当陀螺加电工作时敏感到的转速超过一定速率时（与陀螺实际调制相位大小相关），陀螺解算会出现正反馈现象，导致陀螺输出值不能正常反应输入转速。如图2所示，在转速A时，和/>分别为光纤陀螺仪前后两次采样解调后的相位，转速A时陀螺启动对应解调值/>为负值，此时陀螺可以正常形成负反馈闭环，当同方向转速增加到B时，/>和/>分别为光纤陀螺仪前后两次采样解调后的相位，陀螺启动对应解调值为正值，此时陀螺闭环出现正反馈（直至形成负反馈时，闭环稳定），输出异常（比正常值偏离2π或其整数倍的数据量）。值得注意的是，/>和/>均表示相位的物理概念，/>表示计算中的相位，/>表示举例中的相位，以同一符号的不同写法加以区分。
图3为本发明实施例提供的一种陀螺仪的结构示意图，以光纤陀螺作为第二陀螺仪1为例，参考图3，可选地，光纤陀螺仪1包括光学传感头110、光电转换模块120和解算及调制反馈模块130；
光学传感头110用于响应待测敏感信号；
光电转换模块120用于将光学传感头110的光信号转换为电信号；
解算及调制反馈模块130用于根据电信号解调待测敏感信号并给光学传感头110提供反馈，输出测量结果。
其中，用于响应待测敏感信号的光学传感头110和将光学传感头110的光信号转换为电信号的光电转换模块120将获取的转速转换为电信号。
可以理解的是，用于响应待测敏感信号的光学传感头110和将光学传感头110的光信号转换为电信号的光电转换模块120将获取的转速转换为电信号，输入解算及调制反馈模块130，根据电信号解调待测敏感信号并给光学传感头110提供反馈，输出测量结果。
图4为本发明实施例提供的一种陀螺仪的局部结构示意图，结合图3~图4，可选地，解算及调制反馈模块130包括积分单元131、解调单元132、数据分析单元133、综合研判单元134和控制输出单元135，校正模块3包括数据采集单元310、分析处理单元320和数据判决单元330，光纤陀螺仪的校正过程包括：
设定第N个解调周期时积分单元131的积分数据为IN，同时刻解调单元132的解调数据为MN，光纤陀螺仪启动时刻各环节的数据均初始化为0，即I1=0，M1=0；
数据分析单元读取解调单元132的解调数据，记录解调数据MQ+1及解调数据的差分数据MQ+1-MQ，同时记录积分单元131的积分数据IQ+1，将数据的方向和大小送入综合研判单元134；
数据采集单元310读取的微机电系统陀螺仪（第一陀螺仪2）信息送到分析处理单元320，分析出输入转速及方向，分析结果输出到数据判决单元330进行判定，通过转速信息给出光纤陀螺仪处于第几个条纹工作，转向信息给出判定信息，指出陀螺解调数据和积分数据是否满足闭环工作条件；
综合研判单元134根据数据分析单元133和数据判决单元330给出的结果进行分析判断，控制输出单元135给出校正指令及修正数据对积分数据进行调整；
其中，N为自然数，Q为大于或等于4的整数。
可以理解的是，设定第N个解调周期时积分数据为IN，（N为自然数1，2，3……），同时刻解调数据为MN，陀螺启动时刻各环节的数据均初始化为0，即I1=0,M1=0，由于光信号传输及信号处理延时的存在，一般在第4个周期以后才会有有效数据输出。数据分析单元133读取解调单元132，记录解调数据M5及解调数据的差分数据M5-M4，同时记录积分单元131的数据I5，将数据的方向（正/负）和大小送入综合研判单元134。另一方面数据采集单元310读取的MEMs陀螺仪信息送到分析处理单元320，分析出输入转速及方向，分析结果输出到数据判决单元330进行判定，通过转速信息给出光纤陀螺应当处于第几个条纹工作，转向信息给出判定信息，指出陀螺解调数据和积分数据是否满足闭环工作条件。综合研判单元134根据数据分析单元133和数据判决单元330给出的结果进行分析判断，通过控制输出单元135给出校正指令及修正数据对积分数据进行调整。这一过程持续进行，直至光纤陀螺输出与MEMs陀螺数据基本一致，陀螺输出正常，校正补偿环节关闭。
示例性地，校正模块3根据第一陀螺仪2所获得当前角速度输入量进行判断，当第二陀螺仪1启动时转速在一个条纹工作范围内，出现反馈反向的情况（可参考图2中的转速B），此时MEMs陀螺仪给出的数据经数据判决单元330输出结果可以是第二陀螺仪1在一个条纹内启动，此时转速为正向，正向转速启动陀螺积分器数据应为正数，根据解调数据及其差分结果的大小对积分数据进行修正，使其输出到阶梯波生产和反馈满足闭环要求，校正补偿环节持续跟踪数据，直至第二陀螺仪1输出与MEMs陀螺仪转速同向同量级（MEMs陀螺仪精度差，仅作参考判定）。
校正模块3根据第一陀螺仪2所获得当前角速度输入量进行判断，若第二陀螺仪1启动时转速不在一个条纹工作范围，即在多于一个条纹的工作范围，第二陀螺仪1启动，首先依据MEMs陀螺仪给出的数据经数据判决单元330输出结果可以是第二陀螺仪1在第N个条纹启动，此时转速为正向。然后依据跨条纹的数量将积分器进行多条纹对应数据进行置位（因每个条纹对应解算得整周期即2π相位，不会参与实际闭环工作，只影响输出量），积分器置位后校正补偿环节可上述的校正方法进行修正。使其输出到阶梯波生产和反馈满足闭环要求，校正补偿环节持续跟踪数据，直至第二陀螺仪1输出与MEMs陀螺仪转速同向同量级（MEMs陀螺仪精度差，仅作参考判定）。
图5为本发明实施例提供的一种光纤陀螺仪的光学传感头的结构示意图，参考图5，可选地，光学传感头110包括光源111、耦合器112、Y型波导113和光纤环圈114；
光源111的输出端与耦合器112的第一端连接，耦合器112的第二端与Y型波导113的第一端连接，耦合器112的第三端与光电转换模块120连接，Y型波导113与光纤环圈114连接。
可以理解的是，光源111用于输出一定频谱的光，至耦合器112的第一端，耦合器112可以由第二端将光耦入Y型波导113，及将Y型波导113返回的光信号由第三端耦入光电转换模块120，光电转换模块120用于检测由耦合器112输出的光信号和/或Y型波导113直接输出的光信号，将光信号传输至调制解调线路板进行调制解调后输出。值得注意的是，本申请的各实施例中的第二陀螺仪以此为例，基于此结构进行说明。
可选地，光纤环圈的光纤长度大于或等于5km，直径大于或等于150mm。
可以理解的是，光纤环圈的光纤长度及直径应为满足需要并与其他器件相匹配，其长度不小于5km，直径不小于150mm。
本申请实施例提供的一种陀螺仪校正装置，具体包括第一陀螺仪、第二陀螺仪和校正模块，第一陀螺仪和第二陀螺仪均与校正模块连接，第一陀螺仪的测量精度小于第二陀螺仪的测量精度；在第二陀螺仪的启动阶段，第一陀螺仪获取当前角速度输入量，校正模块根据第一陀螺仪的输出数据将第二陀螺仪的输出信号修正至负反馈的陀螺闭环空间。通过对启动时短时间内敏感信号动态检测及反馈信号变化进行初判，结合陀螺仪输出对陀螺仪闭环及输出数据进行修订，确保输出数据准确性，避免转动条件下陀螺仪启动输出跨条纹异常问题。
本发明实施例提供了一种陀螺仪校正方法，图6为本发明实施例提供的一种陀螺仪校正方法的流程图，参考图6，利用上述实施例提供的任意一种陀螺仪校正装置执行，陀螺仪校正方法包括：
S1、在第二陀螺仪的启动阶段，第一陀螺仪获取当前角速度输入量；
S2、校正模块根据第一陀螺仪的输出数据将第二陀螺仪的输出信号修正至负反馈的陀螺闭环空间。
其中，第一陀螺仪、第二陀螺仪和校正模块间的相关参数和性能应相互匹配。
可以理解的是，校正模块根据第一陀螺仪所获得当前角速度输入量进行判断，若第二陀螺仪启动时转速在一个条纹工作范围内，可直接第一陀螺仪的输出数据将第二陀螺仪的输出信号修正至负反馈的陀螺闭环空间；若第二陀螺仪启动时转速未在一个条纹工作范围内，可经数据移位后，第一陀螺仪的输出数据将第二陀螺仪的输出信号修正至负反馈的陀螺闭环空间。
具体地，结合图5，设定第N个解调周期时积分单元131的积分数据为IN，同时刻解调单元132的解调数据为MN，光纤陀螺仪启动时刻各环节的数据均初始化为0，即I1=0，M1=0；
数据分析单元读取解调单元132的解调数据，记录解调数据MQ+1及解调数据的差分数据MQ+1-MQ，同时记录积分单元131的积分数据IQ+1，将数据的方向和大小送入综合研判单元134；
数据采集单元310读取的微机电系统陀螺仪信息送到分析处理单元320，分析出输入转速及方向，分析结果输出到数据判决单元330进行判定，通过转速信息给出光纤陀螺仪处于第几个条纹工作，转向信息给出判定信息，指出陀螺解调数据和积分数据是否满足闭环工作条件；
综合研判单元134根据数据分析单元133和数据判决单元330给出的结果进行分析判断，控制输出单元135给出校正指令及修正数据对积分数据进行调整；
其中，N为自然数，Q为大于或等于4的整数。
本发明实施例提供的一种陀螺仪校正装置及校正方法，该校正装置具体包括第一陀螺仪、第二陀螺仪和校正模块，第一陀螺仪和第二陀螺仪均与校正模块连接，第一陀螺仪的测量精度小于第二陀螺仪的测量精度；在第二陀螺仪的启动阶段，第一陀螺仪获取当前角速度输入量，校正模块根据第一陀螺仪的输出数据将第二陀螺仪的输出信号修正至负反馈的陀螺闭环空间。通过对陀螺解算输出信号、解调信号及其差分信息进行逻辑分析和运算，同时结合MEMs陀螺仪输出数据对陀螺闭环进行校正、补偿控制，从而实现光纤陀螺有转速输入时的可靠启动。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种陀螺仪校正装置，其特征在于，包括第一陀螺仪、第二陀螺仪和校正模块，所述第一陀螺仪和所述第二陀螺仪均与所述校正模块连接，所述第一陀螺仪的测量精度小于所述第二陀螺仪的测量精度；
在所述第二陀螺仪的启动阶段，所述第一陀螺仪获取当前角速度输入量，所述校正模块根据所述第一陀螺仪的输出数据将所述第二陀螺仪的输出信号修正至负反馈的陀螺闭环空间；
所述第一陀螺仪包括微机电系统陀螺仪，所述第二陀螺仪包括光纤陀螺仪；
所述光纤陀螺仪包括光学传感头、光电转换模块和解算及调制反馈模块；
所述光学传感头用于响应待测敏感信号；
所述光电转换模块用于将所述光学传感头的光信号转换为电信号；
所述解算及调制反馈模块用于根据所述电信号解调所述待测敏感信号并给所述光学传感头提供反馈，输出测量结果；
所述解算及调制反馈模块包括积分单元、解调单元、数据分析单元、综合研判单元和控制输出单元，所述校正模块包括数据采集单元、分析处理单元和数据判决单元，所述光纤陀螺仪的校正过程包括：
设定第N个解调周期时所述积分单元的积分数据为I N ，同时刻所述解调单元的解调数据为M N ，所述光纤陀螺仪启动时刻各环节的数据均初始化为0，I 1 =0，M 1 =0；
所述数据分析单元读取所述解调单元的解调数据，记录解调数据M Q+1 及解调数据的差分数据M Q+1 -M Q ，同时记录所述积分单元的积分数据I Q+1 ，将数据的方向和大小送入所述综合研判单元；
所述数据采集单元读取的微机电系统陀螺仪信息送到所述分析处理单元，分析出输入转速及方向，分析结果输出到所述数据判决单元进行判定，通过转速信息给出所述光纤陀螺仪处于第几个条纹工作，转向信息给出判定信息，指出陀螺解调数据和积分数据是否满足闭环工作条件；
所述综合研判单元根据所述数据分析单元和所述数据判决单元给出的结果进行分析判断，所述控制输出单元给出校正指令及修正数据对积分数据进行调整；
其中，N为自然数，Q为大于或等于4的整数。
2.根据权利要求1所述的陀螺仪校正装置，其特征在于，所述校正模块根据所述第一陀螺仪的输出数据，判断所述光纤陀螺仪的启动转速是否在一个条纹工作范围内，并根据判定结果将所述光纤陀螺仪的输出信号修正至负反馈的陀螺闭环空间。
3.根据权利要求2所述的陀螺仪校正装置，其特征在于，若所述校正模块判定所述光纤陀螺仪的启动转速在一个条纹工作范围内，所述校正模块直接根据所述第一陀螺仪的输出数据和所述第二陀螺仪的解调数据校正所述光纤陀螺仪。
4.根据权利要求3所述的陀螺仪校正装置，其特征在于，若所述校正模块判定所述光纤陀螺仪的启动转速在第P个条纹工作范围内，所述校正模块先根据跨条纹数量进行数据移位，再校正所述光纤陀螺仪，其中P为大于或等于2的整数。
5.根据权利要求1所述的陀螺仪校正装置，其特征在于，所述光学传感头包括光源、耦合器、Y型波导和光纤环圈；
所述光源的输出端与所述耦合器的第一端连接，所述耦合器的第二端与所述Y型波导的第一端连接，所述耦合器的第三端与所述光电转换模块连接，所述Y型波导与所述光纤环圈连接。
6.根据权利要求5所述的陀螺仪校正装置，其特征在于，所述光纤环圈的光纤长度大于或等于5km，直径大于或等于150mm。
7.一种陀螺仪校正方法，其特征在于，利用权利要求1-6任一所述的陀螺仪校正装置执行，所述陀螺仪校正方法包括：
在第二陀螺仪的启动阶段，第一陀螺仪获取当前角速度输入量；
校正模块根据所述第一陀螺仪的输出数据将所述第二陀螺仪的输出信号修正至负反馈的陀螺闭环空间。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3721497A (en) * 1971-04-19 1973-03-20 North American Rockwell Ring laser gyroscope linearization system
US4759629A (en) * 1986-05-08 1988-07-26 British Aerospace Public Limited Company Fiber optic gyroscopes
FR2701315A1 (fr) * 1993-02-05 1994-08-12 Sagem Gyromètre à fibre optique à domaine de mesure étendu et procédé s'y rapportant.
US5883716A (en) * 1997-07-15 1999-03-16 Litton Systems, Inc. Rate control loop for fiber optic gyroscope
JP2002532705A (ja) * 1998-12-17 2002-10-02 ハネウエル・インコーポレーテッド 同一方向に伝播する、並びに反対方向に伝播する偏光誤差の抑制を変調した光ファイバジャイロスコープ
CN103900551A (zh) * 2014-03-08 2014-07-02 哈尔滨工程大学 一种基于mems辅助的增大高精度闭环光纤陀螺量程的方法
CN110160514A (zh) * 2019-05-31 2019-08-23 东南大学 一种硅mems陀螺仪多回路数字化闭环控制装置
CN114152270A (zh) * 2021-12-07 2022-03-08 重庆集诚昌远科技有限公司 一种激光陀螺仪光路校正机构

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108680185B (zh) * 2018-04-26 2020-09-22 广东宝乐机器人股份有限公司 移动机器人的陀螺仪数据校正方法、装置和设备

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3721497A (en) * 1971-04-19 1973-03-20 North American Rockwell Ring laser gyroscope linearization system
US4759629A (en) * 1986-05-08 1988-07-26 British Aerospace Public Limited Company Fiber optic gyroscopes
FR2701315A1 (fr) * 1993-02-05 1994-08-12 Sagem Gyromètre à fibre optique à domaine de mesure étendu et procédé s'y rapportant.
US5883716A (en) * 1997-07-15 1999-03-16 Litton Systems, Inc. Rate control loop for fiber optic gyroscope
JP2002532705A (ja) * 1998-12-17 2002-10-02 ハネウエル・インコーポレーテッド 同一方向に伝播する、並びに反対方向に伝播する偏光誤差の抑制を変調した光ファイバジャイロスコープ
CN103900551A (zh) * 2014-03-08 2014-07-02 哈尔滨工程大学 一种基于mems辅助的增大高精度闭环光纤陀螺量程的方法
CN110160514A (zh) * 2019-05-31 2019-08-23 东南大学 一种硅mems陀螺仪多回路数字化闭环控制装置
CN114152270A (zh) * 2021-12-07 2022-03-08 重庆集诚昌远科技有限公司 一种激光陀螺仪光路校正机构

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