一種搖擺條件下光纖陀螺儀誤差測試方法
【技術領域】
[0001 ]本發明設及一種光纖巧螺儀誤差測試方法。
【背景技術】
[0002] 光纖巧螺是一種基于Sagnac效應的全固態角速率傳感器，Sagnac效應指將同一光 源發出的一束光分解為兩束，讓它們在同一個環路內沿相反方向循行一周后會和，然后在 屏幕上產生干設，當在環路平面內有旋轉角速度時，屏幕上的干設條紋將會發生移動的現 象。作為一種慣性儀表，光纖巧螺儀具有傳統機電儀表所不具備的優點，它是由光學和電子 器件組成的閉環系統，通過檢測兩束光的相位差來確定自身角速度，因此在結構上它是完 全固態化的巧螺，沒有任何運動部件，具有可靠性高、壽命長、帶寬大、啟動快、環境適應性 好、生產工藝性好等優點。是一種理想的捷聯慣性器件，廣泛應用于各種捷聯系統，比如慣 性導航系統、姿態穩定與控制系統、姿態跟蹤系統等。在捷聯系統中，光纖巧螺與載體直接 固連，直接敏感載體的角運動。在高動態環境下，巧螺不僅敏感較大的角速率，還可能承受 搖擺和震蕩運動。在研究過程中發現，當載體進行劇烈、快速的搖擺運動時，光纖巧螺儀存 在角速率測量誤差，該項誤差制約了光纖巧螺捷聯系統在高精度、高動態、大機動應用環境 下的精度。
[0003]現有光纖巧螺儀測試方法缺乏測量評價搖擺條件下光纖巧螺儀誤差的方法。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是：克服現有技術不足，提出了一種測量搖擺條件下光 纖巧螺儀誤差測試方法。
[0005]本發明所采用的技術方案是：
[0006] -種搖擺條件下光纖巧螺儀誤差測試方法，包括W下步驟：
[0007] S1.將光纖巧螺儀安裝在角振動臺上，并使得光纖巧螺儀的輸入軸與角振動臺的 振動軸方向一致；
[000引S2.給定角振動臺振動頻率f和幅度A;
[0009] S3.對光纖巧螺儀的輸出進行點數為m的采樣，計算振前均值^^:
[0010]
[0011] 其中，Ωi為采樣點i對應的光纖巧螺儀輸出，i= 1，2，......,ηι；
[0012]S4.啟動角振動臺，繼續對光纖巧螺儀的輸出進行點數為的采樣，為采樣點j對應的光纖巧螺儀輸出，j=m+l，ni+2，......，n2-2，Π2-1，Π2;
[0013]S5.停止角振動臺，并使轉臺回到初始位置，繼續對光纖巧螺儀的輸出進行點數為 113的采樣，計算振后均值^€^
[0014]
[001引其中，Ω功采樣點k對應的光纖巧螺儀的輸出，k=n2+l，n2+2,......,n3-2,n3-l, Π3；
[0016] S6.計算光纖巧螺儀敏感到的地球自轉產生的角速率Ω地：
[0017]
[001引其中，Κ為巧螺標度因數；
[0019]S7.計算在振動頻率為f和幅度為A時，光纖巧螺儀在振動過程中隨時間累積的角 位移誤差，計算公式為：
[0020]
[0021] 其中，At為巧螺數據采集周期，m= 2,3,…，Π3。
[0022] 所述
[0023] 所述步驟S4中，角振動臺振動過程中對光纖巧螺儀的輸出的采樣時間（m-m)At Μ分鐘。
[0024] 所述步驟S3中，角振動臺啟動前，對光纖巧螺儀的輸出的采樣時間niAt>l分鐘。
[0025]所述步驟S5中，角振動臺停止后，對光纖巧螺儀的輸出的采樣時間(m-m)Δt> 1 分鐘。
[0026] 本發明與現有技術相比的優點在于：
[0027] 1)本發明將光纖巧螺儀安裝在角振動平臺上，對光纖巧螺儀敏感到的輸出扣除地 球自轉產生的輸出后進行積分，得到光纖巧螺儀在搖擺過程中隨時間累積的角位移誤差， 彌補了現有搖擺條件下光纖巧螺儀誤差方法的空白。
[0028] 2)光纖巧螺儀是敏感角速度的儀表，采用運種積分的方法，把光纖巧螺儀的搖擺 過程中的角速度測量誤差進行積分累加，可W看出誤差的趨勢和規律，有利于分析并找出 光纖巧螺儀的設計問題。
[0029] 3)采集了足夠數量的數據，使測得誤差的準確性更高。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發明光纖巧螺儀角振動誤差測試安裝示意圖；
[0031] 圖2(a)為設計參數調整前某光纖巧螺儀正弦搖擺條件下巧螺輸出；
[0032] 圖2(b)為設計參數調整前扣除地球自轉產生的角位移后得到由于轉臺運動產生 的角位移；
[0033] 圖3(a)為設計參數調整后某光纖巧螺儀正弦搖擺條件下巧螺輸出；
[0034] 圖3(b)為設計參數調整后扣除地球自轉產生的角位移后得到由于轉臺運動產生 的角位移。
【具體實施方式】
[0035] -種搖擺條件下光纖巧螺儀誤差的測試方法，包括W下步驟：
[0036] 1)如圖1所示，將光纖巧螺儀固定安裝角振動臺臺面上，光纖巧螺儀放在臺面中屯、 位置，并使光纖巧螺儀的輸入軸和角振動臺振動軸方向一致。按照圖1對各設備進行電氣連 接，通電檢查數據是否正常。角振動臺的振動幅度、角速度、角加速度應滿足實驗需求。角振 動儀做正弦擺動運動。
[0037] 2)給角振動臺上電，轉臺歸零。轉臺也可W在其他位置，只要在測量后回歸原位置 即可。
[0038] 3)給巧螺通電，預熱一段時間，達到零偏穩定性要求。
[0039] 4)給定角振動臺振動頻率f和幅度A，頻率f和幅度A為光纖巧螺儀需要進行誤差測 試的頻率和幅度。
[0040] 5)開啟測試軟件，光纖巧螺儀進行采樣，連續記錄光纖巧螺儀輸出，光纖巧螺儀數 據采樣時間Tij前=mΔt> 1分鐘，Ωi為ti時刻對應的巧螺輸出α= 1......，m)， 對應的巧螺輸出均值為^胃1" :
[0041]
[0042] 6)啟動角振動臺，繼續記錄光纖巧螺儀輸出，搖擺過程中光纖巧螺儀數據采樣時 間
Ωj為tj時刻對應的巧螺輸出（j=m+1，m+2......Π2-2, Π2-1，Π2)，對應的巧螺輸出均值為^巾；
[0043] 7)停止角振動臺，轉臺回到初始位置，繼續記錄光纖巧螺儀輸出，光纖巧螺儀數據 采樣時間T?g=(n3-n2)AtΜ分鐘，光纖巧螺一般提10s或者100s零偏穩定性要求，采樣時 間越長，測試精度就越高。Ωk為tk時刻對應的巧螺輸出（k=Π2+1，Π2+2......Π3-2，Π3-1， Π3)，對應的巧螺輸出均值為::
[0044]
[0045] 8)停止巧螺測試軟件，保存巧螺數據；
[0046] 9)計算光纖巧螺儀敏感到的地球自轉產生的角速率：
[0047]
[0048]將振前敏感到的與振后敏感到的地球自轉產生的角速率求平均，使Ω地更準確，消 除了光纖巧螺儀在振動前后可能有的微小變化的影響。
[0049] 其中，為巧螺振前輸出均值，單位為LSB; 為巧螺振后輸出均值，單位為 LSB;K為巧螺標度因數，單位為°/s/LSB，Ω地為地球自轉產生的角速率，單位為Vs。LSB是巧 螺輸出數字量的單位。
[0050] 10)對光纖巧螺儀敏感到的角速率扣除地球自轉產生的角速率后，得到由于轉臺 運動產生的角速率，對運個角速率進行積分，得到振動頻率f和幅度A時由于轉臺運動產生 的角位移，可表示為：
[0化1 ]
[0052] 光纖巧螺儀是敏感角速度的儀表，采用運種積分的方法，把光纖巧螺儀的搖擺過 程中的角速度測量誤差進行積分累加，可W看出誤差的趨勢和規律。
[0053] 其中，A謝苗純為轉臺運動產生的角位移，即光纖巧螺儀角振動過程中隨時間累積的 角位移誤差，單位為％Yj為角振動臺的振動頻率f和幅度A時，為t扣寸刻對應的巧螺輸出；At 為巧螺數據采集周期，單位為S;m= 2，3，…，Π3。
[0054] 最終產生的角位移為：
[0化5]
[0056] 9)重新設定角振動臺到光纖巧螺儀需要進行測試的其他振動頻率f和幅度A，并重 復步驟5)~8)，直到滿足光纖巧螺儀所需測試要求。
[0057] 圖2(a)是某光纖巧螺儀正弦搖擺條件下巧螺輸出，從2(a)看不出光纖巧螺儀存在 測量誤差，圖2(b)是采用本發明方案，也就是對光纖巧螺儀敏感到的角速率扣除地球自轉 產生的角速率后并進行積分，得到由于轉臺運動產生的角位移，從圖2(b)可W明顯看出，搖 擺過程中角位移向一個方向偏移，也就是角位移誤差隨搖擺時間線性增長，最終的角位移 累積誤差為0.078度。針對此光纖巧螺儀的正弦搖擺條件下角位移誤差特點，分析誤差來源 是閉環反饋參數設計問題，對設計參數進行了調整，改進后相同搖擺條件下，此光纖巧螺儀 的角位移誤差減小為0.0065度，如圖3(a)、(b)所示。
[0058] 本發明未詳細說明部分屬于本領域技術人員公知技術。
【主權項】
1. 一種搖擺條件下光纖陀螺儀誤差測試方法，其特征在于包括以下步驟：51. 將光纖陀螺儀安裝在角振動臺上，并使得光纖陀螺儀的輸入軸與角振動臺的振動 軸方向一致；52. 給定角振動臺振動頻率f和幅度A;53. 對光纖陀螺儀的輸出進行點數為m的采樣，計算振前均值其中，Ω i為采樣點i對應的光纖陀螺儀輸出，i = 1，2，......，m;54. 啟動角振動臺，繼續對光纖陀螺儀的輸出進行點數為112的采樣，Ω」為采樣點j對應 的光纖陀螺儀輸出，j=m+l，m+2,......，η2-2，η2-1 ,Π 2;55. 停止角振動臺，轉臺回到初始位置，繼續對光纖陀螺儀的輸出進行點數為η3的采樣， 計算振后均值巧幻^其中，Ω采樣點k對應的光纖陀螺儀的輸出， k = n2+l ,n2+2,......,η3-2,η3-1,η3；56. 計算光纖陀螺儀敏感到的地球自轉產生的角速率Ω地： 其中，Κ為陀螺標度因數；57. 計算在振動頻率為f和幅度為Α時，光纖陀螺儀在振動過程中隨時間累積的角位移 誤差，計算公式為：其中，Δ t為陀螺數據采集周期，m=2，3，…，μ。2. -種如權利要求1所述的搖擺條件下光纖陀螺儀誤差的測試方法，其特征在于，所述3. -種如權利要求1或2所述的搖擺條件下光纖陀螺儀誤差測試方法，其特征在于，所 述步驟S4中，角振動臺振動過程中對光纖陀螺儀的輸出的采樣時間(η 2-ηι) △ t 2 1分鐘。4. 一種如權利要求1或2所述的搖擺條件下光纖陀螺儀誤差測試方法，其特征在于，所 述步驟S3中，角振動臺啟動前，對光纖陀螺儀的輸出的采樣時間m △ t 2 1分鐘。5. -種如權利要求1或2所述的搖擺條件下光纖陀螺儀誤差測試方法，其特征在于，所 述步驟S5中，角振動臺停止后，對光纖陀螺儀的輸出的采樣時間(M-m) △ t 2 1分鐘。
【專利摘要】一種搖擺條件下光纖陀螺儀誤差測試方法。將光纖陀螺儀安裝在角振動平臺上，并通電采集陀螺輸出，計算平均輸出然后啟動角振動臺，采集陀螺輸出；停止轉臺，回到初始位置，繼續采集陀螺輸出，計算轉臺停止后平均輸出根據和計算光纖陀螺儀敏感到的地球自轉產生的角速率。對光纖陀螺儀敏感到的輸出扣除地球自轉產生的輸出后，對這個輸出進行積分，得到振動頻率為f和幅度為A時，光纖陀螺儀在振動過程中隨時間累積的角位移誤差。本發明彌補了現有搖擺條件下光纖陀螺儀誤差測試方法的空白，得到的光纖陀螺儀誤差結果有利于分析并找出光纖陀螺儀的設計問題。
【IPC分類】G01C25/00
【公開號】CN105444777
【申請號】CN201510753046
【發明人】閭曉琴, 黃繼勛, 石海洋, 王寧, 賀廣治, 黃鑫巖
【申請人】北京航天時代光電科技有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年11月6日