高精度光纤陀螺温度补偿系统的设计与实现

摘要

光纤陀螺仪具有可靠性高、成本低、动态范围宽以及启动速度快等优点，因此广泛应用于军事以及国民经济的各个领域。但由于光纤陀螺仪对工作环境温度较为敏感，会导致实际应用中的捷联惯导系统精度下降。为了保证光纤陀螺的输出精度，可通过温度补偿的方式对变温环境下的陀螺仪输出进行数学补偿，从而保证光纤陀螺仪的输出精度。因此，设计高精度光纤陀螺温度补偿系统对提高光纤陀螺仪的输出精度、保证捷联惯导系统精度，具有重要的实际意义。
　　本课题以实现高精度光纤陀螺温度补偿系统为目的，设计并实现了高精度温度测量系统，建立并完善高精度温度补偿系统。首先，基于功能需求分析与性能需求分析，设计光纤陀螺温度补偿系统的总体设计方案。然后，以铂电阻Pt1000作为温度传感器，采用阻值比较法的测温电路减小测温非线性，设计序列电压激励电路，消除测温电路热电动势，并抑制自热效应，进而完成基于阻值比较法和序列电压激励控制相结合的高精度测温系统；在完成硬件设计的基础上，设计基于分段线性拟合的温度校正方法，进一步减小测温系统，并根据测温输出噪声特性，设计低通滤波算法，减小随机干扰对温度输出精度的影响。
　　在升降温实验的基础上，通过同步采集光纤环温度和光纤陀螺输出数据，并分析二者的相关性，总结出影响光纤陀螺输出数据的主要因素；以光纤环温度以及光纤陀螺输出误差为基础，确定温度补偿模型的基本形式；利用分段高阶曲线拟合的方法，建立基于光纤环温度以及光纤陀螺输出误差的温度补偿系统。
　　在完成测温电路和温度补偿系统的基础上，主程序通过AD7608采样温度信号，并且利用温度校正算法计算并校正测温值。然后，利用温度补偿模型以及测温值，主程序可以求得光纤陀螺的实时补偿值。在通讯模块接收导航数据的同时，主程序按照通讯协议解码导航数据，并用实时补偿值补偿导航数据。补偿完毕后，主程序再按照通讯协议，再次编码导航数据，并将补偿后的导航数据发送到导航计算机。
　　最后，利用高精度低温漂的固值电阻对其做长时间验证测试；在完成温度补偿系统后，以升降温实验为基础，利用所测得光纤环温度以及光纤陀螺输出的导航数据对光纤陀螺温度补偿系统进行实测精度验证。
　　实测精度验证结果表明，经温度补偿后的光纤陀螺输出精度能达到0.05°/h，即温度补偿系统能够很好的抑制因温度导致的光纤陀螺漂移，有效的保证惯导系统精度。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 课题相关技术的国内外发展现状

1.3 论文主要工作及章节安排

第2章 系统总体方案设计

2.1 系统需求分析

2.2 总体方案设计

2.3 本章小结

第3章 精确温度测量子系统设计

3.1 温度测量模块设计

3.2 MCU模块设计

3.3 辅助电路模块设计

3.4 测温电路参数设计

3.5 本章小结

第4章 温度补偿算法设计

4.1 光纤陀螺温度误差分析

4.2 光纤陀螺温补模型的确立

4.3 本章小结

第5章 系统软件设计

5.1 总体流程图

5.2 系统初始化

5.3 温度补偿算法的设计与实现

5.4 本章小结

第6章 系统测试结果分析

6.1 测温精度测试与结果分析

6.2 温度补偿系统测量结果

6.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢