光纤陀螺的数字闭环控制技术及随机误差分析与抑制

摘要

按照光纤陀螺实现的方法不同，可以将其分为开环和闭环光纤陀螺，闭环光纤陀螺仪在整个动态范围内都具有很好的精度和标度因数线性度，其实用性比开环光纤陀螺效果好。闭环光纤陀螺仪的实现还可以分为模拟闭环和数字闭环方案，其中模拟闭环光纤陀螺仪不能得到很高的标度因数稳定性及线性度，而数字闭环实现方案则可以解决模拟闭环方案中所存在的不足。在教研室现有条件的基础下，本课题以自研数字闭环光纤陀螺仪为实验依据，详细分析了光纤陀螺的闭环控制原理和实现，并对陀螺仪随机漂移数据进行误差分析，同时使用滤波的方法对误差进行抑制。
　　 光纤陀螺仪的随机漂移是影响其精度的主要因素之一，如果不能进行有效的抑制，将影响陀螺仪的测量精度，甚至如果随机漂移的误差数据后期送给导航计算机进行解算处理，其误差将随着时间发散，严重影响整个系统的精度。所以，必须对光纤陀螺随机漂移的误差进行抑制，提高其测量精度。
　　 对于光纤陀螺的误差，在光路中，光学的非互易性误差是其主要的误差来源。同时对光源的热噪声进行了分析，并设计实现了温度控制电路控制光源的温度。采用Allan方差分析的方法对光纤陀螺零漂数据的随机误差进行测定，辨识和表征光纤陀螺仪随机漂移的各种误差源，并计算出主要的随机误差系数。
　　 分析光纤陀螺随机误差的两种抑制方法，为数字滤波和卡尔曼滤波的方法，并分别使用两种方法对噪声进行抑制。在光纤陀螺数据输出前，使用数字滤波，可以有效的抑制数据中的随机噪声，并且还可以保持数据的实时性；对光纤陀螺的零漂数据采样并进行时序建模，拟合出建模系数，同时使用卡尔曼滤波的方法对数据中的随机漂移进行补偿。最后比较两种滤波方法并介绍两种方法的优缺点。