光纤陀螺标度因数非线性误差补偿方法

摘要

本发明公开了一种光纤陀螺标度因数非线性误差补偿方法，包括：将光纤陀螺安装在转台上，光纤陀螺的敏感轴竖直朝上；在转台处于静止状态时，获取光纤陀螺输出的平均值；预设多个不同的速率点，每个速率点分别对应转台正向转动和反向转动两种状态；进行多组速率实验，在每组速率实验中，转台从相应的速率点开始以变加速度进行加速转动，直至光纤陀螺的输出值超过最高的速率点，转台减速至停止；以第一采样频率进行采样，获取光纤陀螺的输出值和转台的角速度输出值，并进行平滑处理；计算出相应的标度因数和角加速度；进行二维插值计算，以获得光纤陀螺的标度因数模型。根据本发明的光纤陀螺标度因数非线性误差补偿方法，能够提升标度因数的精度。

说明书

技术领域

本发明涉及光纤陀螺技术领域，尤其是涉及一种光纤陀螺标度因数非线性误差补偿方法。

背景技术

光纤陀螺作为新型全固态光学陀螺，以抗冲击、灵敏度高、寿命长、动态范围大、启动时间短等优点，广泛应用于航空、航天、航海等领域的惯性导航系统中，并正向着高精度方向不断发展。标度因数是光纤陀螺测试中的重要参数之一，标度因数误差的大小直接影响陀螺的导航精度，因此，准确测试光纤陀螺的标度因数在惯性导航系统中具有重要作用。光纤陀螺的标度因数误差除了会受温度的影响之外，对于不同的输入，其标度因数也会存在不同的非线性误差。目前在测试光纤陀螺的标度因数时，大多会忽略陀螺非线性误差的影响，这导致其标度因数的准确度不够高。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种光纤陀螺标度因数非线性误差补偿方法，能够以角速度及角加速度两个自变量为输入，标度因数为输出，进行非线性误差补偿，使光纤陀螺的标度因数更精确。

根据本发明实施例的光纤陀螺标度因数非线性误差补偿方法，包括以下步骤：将光纤陀螺安装在转台上，所述光纤陀螺的敏感轴竖直朝上；在所述转台处于静止状态时，获取所述光纤陀螺输出的平均值；预设多个不同的速率点，每个所述速率点分别对应所述转台正向转动和反向转动两种状态；进行多组速率实验，在每组所述速率实验中，使所述转台从相应的速率点开始以变加速度进行加速转动，直至所述光纤陀螺的输出值超过最高的所述速率点，所述转台减速至停止；以第一采样频率进行采样，在所述转台以变加速度加速转动的过程中，获取所述光纤陀螺的输出值和所述转台的角速度输出值，并进行平滑处理；计算出相应的标度因数和角加速度；对平滑处理后所获得的所述角速度输出值和所述角加速度进行二维插值计算，以获得所述光纤陀螺的标度因数模型。

根据本发明实施例的光纤陀螺标度因数非线性误差补偿方法，至少具有如下有益效果：通过设定多个不同的速率点，并进行多组速率实验，可以采集转台从不同的角速度开始以变加速度进行加速运动时，光纤陀螺的输出值；并根据光纤陀螺的输出值和转台的角速度输出值，获得相应的标度因数和角加速度；再对角速度输出值和角加速度进行二维插值计算，从而获得光纤陀螺对应于不同的角速度和角加速度时的标度因数，使测得的标度因数更为精确。

根据本发明的一些实施例，所述预设多个不同的速率点，具体为：根据所述光纤陀螺的量程，均匀设定多个不同的速率点。

根据本发明的一些实施例，所述第一采样频率可被配置为500Hz～1500Hz。

根据本发明的一些实施例，所述平滑处理的计算公式为：

其中，h为大于1的正整数；u

根据本发明的一些实施例，所述第一采样频率为1000Hz，h的取值为50。

根据本发明的一些实施例，所述计算出相应的标度因数和角加速度，具体的计算公式为：

其中，k

根据本发明的一些实施例，所述二维插值的方法为Delaunay三角剖分算法，为：

其中，A、B、C表示任意相邻的三个已获取到所述角速度输出值和所述角加速度的点所组成的三角形的三个点；k

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的光纤陀螺标度因数非线性误差补偿方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的光纤陀螺标度因数非线性误差补偿方法的系统结构示意图；

附图标记：

光纤陀螺100。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1和图2，根据本发明实施例的光纤陀螺标度因数非线性误差补偿方法，包括以下步骤：

S100：将光纤陀螺100安装在转台上，并使得光纤陀螺100的敏感轴竖直朝上。

具体地，请参照图2，光纤陀螺100的敏感轴即为X轴，敏感轴竖直向上指向天空，使得光纤陀螺100在X轴上的输出值为转台的角速度输出值与地球自转角速度两者在X轴上的分量之和。

S200：在转台处于静止状态时，获取光纤陀螺100输出的平均值。

在实验开始前，保持转台静止不动，对光纤陀螺100进行持续采样，具体的采样时间可以为50s～200s，或者是其它的时间长度；在本发明的一些实施例中，取采样时间为100s，从而获取到光纤陀螺100在这段时间内输出的平均值，将该平均值记为u

S300：预设多个不同的速率点，每个速率点分别对应转台正向转动和反向转动两种状态。

具体地，为了更好地获取到光纤陀螺100的标度因数的全量程模型，可以根据光纤陀螺100的量程，均匀设定P个速率点，在转台正向转动时，P个速率点由小至大分别记为ω

S400：进行多组速率实验，在每组速率实验中，使转台从相应的速率点开始以变加速度进行加速转动，直至光纤陀螺的输出值超过最高的速率点，转台减速至停止。

具体地，可以进行总共2P组速率实验。第一组速率实验：转台从静止开始进行正向转动，当转台的角速度达到ω

S400：以第一采样频率进行采样，在转台以变加速度加速转动的过程中，获取光纤陀螺100的输出值和转台的角速度输出值，并进行平滑处理。

具体地，在实际应用中，第一采样频率记为H，H可以取500Hz～1500Hz，也可以是其它数值，在本发明中，取H为1000Hz。转台的整个转动过程中均可以进行采样，但只选取转台在以变加速度进行加速转动这一过程中的采样点参与后续计算。将所需的采样点上的光纤陀螺100的输出值记为u

其中，h为大于1的正整数，在本发明中以50为例，当然，h也可以是其它的正整数。此时，上述公式变为：

当转台正向转动时，y取正整数1，2，3，…；当转台反向转动时，y取负整数-1，-2，-3，…。由于所取得的采样点较多，所以采取的平滑处理方式为每50个采样点取平均值。

S500：计算出相应的标度因数和角加速度.

具体地，计算各采样点的标度因数k

通过差分的方法计算各采样点的角速度

其中，

S600：对平滑处理后所获得的角速度输出值和角加速度进行二维插值计算，以获得光纤陀螺100的标度因数模型。

具体地，在本发明中，采用了精度较高的一种二维插值计算方法，即Delaunay三角剖分法，当然也可以采用其它二维插值法。具体的计算公式为：

其中，A、B、C表示任意相邻的三个已获取到角速度输出值和角加速度的点所组成的三角形的三个点；k

此外，为了减少甚至消除环境温度对测得的标度因数的影响，本发明的上述方法最好在同一温度下进行。

根据本发明的光纤陀螺标度因数非线性误差补偿方法，通过设定多个不同的速率点，并进行多组速率实验，使光纤陀螺100从不同的角速度开始以变加速度进行转动，从而采样得到光纤陀螺100在不同角速度和角加速度下的输出值；并对采样得到的光纤陀螺100的输出值和转台的角速度输出值进行平滑处理后，计算得到相应的采样点的标度因数和角加速度；随后对已经获取到角速度和角加速度的采样点进行二维插值计算，从而获得未采样到的点的标度因数；进而获取到光纤陀螺100对应于不同角速度和角加速度时的标度因数，从而获取到光纤陀螺100的全量程的标度因数模型，提高测得的标度因数的精度。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“进一步实施例”、“一些具体实施例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。