连续旋转的光纤陀螺全温标度因数快速建模补偿方法

在全温范围内应用的光纤陀螺,标度因数误差是其主要的误差之一。特别是在大角速率或者高精度应用时,光纤陀螺的标度因数误差甚至超过零偏漂移误差。在实际使用中,需对陀螺标度因数在全温范围内进行建模和补偿。对光纤陀螺标度因数误差机理进行详细分析后,提出了一种连续旋转的光纤陀螺全温标度因数快速建模补偿方法。基于单轴速率转台的连续旋转,可以自动快速完成标度因数全温建模且工程实现简单易行。更重要的是该方法可以有效识别标度因数在全温范围内的变化拐点,提高建模和补偿的精度。对比试验结果表明,采用此方法后能精确测得某型光纤陀螺全温工作的标度因数真实拐点为48℃,全温标度因数补偿精度优于15′10~(-6),较按照GJB2426-2004进行的多点测试后补偿提高10%左右。     

光纤陀螺IMU全温三方位速率/一位置标定及分段线性插值补偿方法

针对光纤陀螺惯性测量单元全温动态环境下测量误差问题,提出一种全温三方位正反速率/一位置标定及分段线性插值补偿方法,建立了光纤陀螺惯性测量单元误差模型,在每个恒温点设计三方位正反速率/一位置标定方案。采用分段线性插值算法实时补偿系统零偏和标度因数温度误差,系统全温环境下的测量精度提高5倍左右。车载实验结果表明,采用该方法后系统4200 s纯惯性姿态测量误差小于1°。     

光纤陀螺温度漂移误差的建模与补偿综述

结合近年来国内外的科研成果,介绍了光纤陀螺温度效应机理,综述了温度漂移误差的建模与补偿方法,并着重介绍了软件建模补偿的进展状况.当前,软件建模补偿的方法得到了广泛的应用,对于中低精度光纤陀螺,补偿后的精度普遍能够达到使用要求;对于中高精度光纤陀螺,也能够做到有条件的适用,但是距离实际应用还有待于进一步的提高.最后,结合自己对于中高精度光纤陀螺温度补偿的工作情况,针对温度试验的设计、软件建模的方法等提出了几点看法.     

基于激光陀螺自适应补偿的船体变形测量方法

基于长期变形、动态挠曲变形以及陀螺随机零偏的状态方程,构建了激光陀螺测量的惯性姿态匹配最优滤波器,可以实时地估计出船体变形角。针对实时估计的长期变形角具有偏置误差的问题,推导了惯性姿态匹配的误差方程,指出动态挠曲变形角与船体惯性姿态角之间具有长时间的交叉相关耦合作用导致了长期变形角估计具有偏置误差,并提出了对输入到最优滤波器的激光陀螺角增量进行自适应补偿的方法来抑制偏置误差。实验结果表明,补偿后俯仰角、横滚角和艏挠角的偏置误差均方根均小于5″,较补偿前降低均方根误差约为5″,该自适应补偿方法可有效地抑制偏置误差,提高惯性姿态匹配方法在船体变形测量应用中的有效性。     

光纤环十六极对称绕法温度性能的仿真与分析

温度性能对光纤陀螺的精度影响至关重要。通过深入研究光纤环的十六极对称绕法,达到了改善光纤陀螺温度性能的目的。在对光纤陀螺由Shupe误差引起的热致旋转速率误差数学模型离散化的基础上,结合ANSYS有限元分析软件建立了精确到匝的光纤环十六极对称绕法有限元模型。根据所建立的光纤环温度分布模型,仿真分析比较了在光纤环四周施加变化的温度激励和分别在径向和轴向施加相同的恒定温度激励下,十六极对称绕法与四极和八极对称绕法绕制的光纤陀螺的温度性能。仿真实验结果显示:由十六极对称绕法绕制的光纤陀螺的热致旋转速率误差要低于四极和八极对称绕法1~2个数量级,这对十六极对称绕法在高精度光纤陀螺中的应用具有重要意义。     

双惯导联合旋转调制光纤陀螺标度因数误差自校正方法

旋转调制光纤陀螺航海惯导系统中,光纤陀螺标度因数误差会与地球自转角速度耦合产生等效的天向和北向陀螺漂移误差,也会与船体摇摆角速度以及惯性测量单元旋转调制角速度耦合产生短时动态误差,限制了长航时航海惯性导航精度。通过使用两套三轴旋转调制光纤陀螺航海惯导系统进行联合旋转调制,提出一种光纤陀螺标度因数误差在线估计与自校正方法。根据两套三轴旋转调制光纤陀螺航海惯导系统的水平旋转轴空间夹角关系建立观测方程,实现在线估计滤波。半实物仿真结果表明,自主导航过程中光纤陀螺标度因数误差在线估计精度优于1 ppm,利用输出校正方式在线补偿光纤陀螺标度因数误差导致的惯导定位误差,有效抑制了两套三轴旋转调制光纤陀螺航海惯导系统定位误差的增长。实际转台模拟实验中,两套三轴旋转调制光纤陀螺惯导系统300 h纯惯性导航整体定位最大误差分别减小25%和40%。算法采用地心地固坐标系,因此也适用于极区导航情况。     

舰船长航时光纤陀螺惯导系统技术及未来发展

光纤陀螺在随机误差方面表现出极佳的性能优势,并不断向超高精度方向发展。结合所在研发团队近几年的最新研究成果,分析了高精度光纤陀螺及惯导系统的发展现状。重点突破了超高精度光纤陀螺的结构设计与仿真、超长细径大直径精密环圈设计、误差抑制与标度提升以及陀螺极限精度测试等关键技术,研制的高精度光纤陀螺Allan方差探底值测试精度达到0.000005°/h。同时,介绍了平台旋转调制与载体角运动隔离、热/磁引起的航向效应误差抑制及残差补偿、高精度重力场误差模型构建与补偿等系统技术。首次开展了水下长航时自主导航试验,验证了舰船长航时光纤陀螺惯导系统技术的可行性和优势。最后对高精度光纤陀螺及惯导系统未来发展进行了展望。     

大动态光纤陀螺标度因数双线性插值补偿模型

标度因数的温度特性和非线性是影响大动态光纤陀螺精度的重要因素,在航空、航天等对动态精度要求较高的应用场合需要对标度因数的温度特性和非线性误差进行补偿。通过对大动态光纤陀螺标度因数的误差分析,得出环境温度和输入角速率是影响标度因数误差的主要因素。建立了一种基于双线性插值的补偿模型,对大动态光纤陀螺的标度因数的温度特性和非线性进行综合补偿。在温度范围为-40℃~+60℃、角速率范围为0~7200(°)/s的条件下,标度因数误差由补偿前超过1.3′10~(-3)降低为小于5′10~(-6),标度因数精度提升了两个数量级,验证了补偿模型的有效性。补偿算法复杂度低,易于工程实现。     

一种光纤陀螺温度误差分段补偿新方法（英文）

分析了光纤陀螺的温度特性,设计了大范围的温度测试,研究了不同温度和温度变化率对光纤陀螺输出的影响,研究了光纤陀螺在不同温度范围内的温度特性。为了提高温度误差补偿精度,根据陀螺温度特性将温度分为低、中、高三个区间,分别利用人工神经网络进行误差建模,提出了一种多模型分段拟合的新方法。根据建立的模型进行温度误差补偿,补偿结果表明,建立的模型能有效地减小了光纤陀螺的温度漂移,精度提高了一个量级。     

空间稳定系统壳体翻滚失准角误差精确补偿

壳体翻滚是提高空间稳定系统长时间工作精度的技术手段之一,但其失准角误差将引起速度和姿态扰动。对该误差进行建模、标定与补偿是解决此问题的有效措施。在误差补偿时,由冗余角变化导致的交叉耦合影响对长航时高精度惯导系统是不能忽视的。根据壳体翻滚失准角误差矢量的几何投影关系,建立物理平台坐标系(P系)与陀螺三面体坐标系(G系)之间的坐标转换关系,分析冗余角变化引入的交叉耦合影响,并进行计算机仿真和实际试验。结果表明:冗余角使P系相对G系沿z向的角运动附加极轴壳体翻滚周期分量,其幅值为失准角与冗余角正切函数的乘积;误差补偿考虑这一项,东速、横摇和航向精度十天可提高30%⁵0%。     

光纤陀螺零偏稳定性的数据建模方法研究

光纤陀螺零偏稳定性是非系统性的随机变化漂移率,在惯性系统中不能用简单的方法加以补偿,因而其成为衡量光纤陀螺精度的重要指标。但通过时间序列分析中的数据建模方法可对光纤陀螺的零漂测试数据建立零偏稳定性数学模型。这样,在由光纤陀螺构成的惯性系统中利用卡尔曼滤波方法可使光纤陀零稳定性对系统精度的影响降至最低限度。中还对建模过程作了较详细的阐述。     

捷联惯性系统初始对准中IMU安装误差及陀螺漂移的估计与补偿

为尽可能消除IMU安装误差和陀螺漂移对系统精度的影响，运用主从惯导传递对准技术，采用扩展状态滤波器和速度／姿态角组合匹配的方法，估计出IMU安装误差和陀螺漂移误差，并对系统进行补偿。仿真结果表明，补偿了安装误差和陀螺漂移后，捷联惯性系统的导航参数精度可提高1个数量级以上。     

改善闭环光纤陀螺标度因数线性度的方法

当光纤陀螺的输入角速率较小时,其测量误差比较大,很难满足卫星等对测量精度要求较高的应用领域要求。文中主要从闭环反馈主回路探测器误差分析开始,分别从电子串扰、Y波导的非线性及D/A转换器的非线性等几方面,论述了在小角速率输入的情况下,分别对光纤陀螺标度因数非线性的影响,并且给出了改善的方法。试验结果显示,采取相应措施后,光纤陀螺的标度因数线性度有明显的提高。     

用三轴转台减小陀螺加速度表输入失调角的试验研究

为了减小陀螺加速度表输入失调角，从理论上分析了陀螺加速度表输入失调角存在对陀螺加速度表测试精度的影响，提出了利用三轴转台设计减小陀螺加速度表输入失调角的试验方法。试验结果表明，利用三轴转台可以成功地将陀螺加速度表测试精度提高一个数量级。     

一种基于神经网络的传感器故障诊断方法

提出了基于两级神经网络结构的多传感器斜置组件的故障诊断方法,以消除传感器安装误差、刻度系数误差以及常值偏差对故障检测与隔离准确性的影响。与基于参数估计的奇偶向量补偿方法相比,这种方法不需要各项误差的动态模型和噪声的统计特性。     

炮载捷联惯导晃动误差补偿方法

以某型自行火炮为研究对象,分析了其在匀速直线行驶过程中车体晃动的特点。提出了利用加速度信息修正陀螺信息的晃动补偿新方法,并详细推导了补偿公式,利用传统解析法实现了自行火炮在匀速直线行驶条件下粗对准。仿真结果表明,利用加速度计信息可以准确得出当前姿态角和角速度,并且能够有效补偿陀螺晃动误差。在跑车试验中,首先利用FIR数字滤波器处理加速度计输出信息,然后用所提补偿方法补偿陀螺输出,结果表明在匀速直线行驶条件下,经过晃动补偿后传统解析式粗对准的精度与未经补偿的惯性系粗对准的精度相当,水平失准角均优于0.1021mil,航向失准角优于3.8603mil,表明该方法具有良好的工程适用性。     

光纤陀螺标度因数迟滞模型分析与补偿技术

高精度惯性导航系统对由温度引起的光纤陀螺标度因数变化指标提出了很高的要求。采用温度补偿技术是一种提升标度因数性能的有效方法,其中建立精确且普适的温度模型是关键。提出并分析了光纤陀螺温度与标度因数模型的迟滞现象。通过分析和试验表明,标度因数模型的迟滞现象是由光纤陀螺结构的热不均匀性造成的,采用多温度点采样来修正标度因数模型的方法可以有效避免模型的迟滞现象,提升标度因数模型的补偿效果,使光纤陀螺可以适应各种温度变化的环境。在-40℃~+60℃范围内同时对光纤环圈和光源的温度进行采集,并利用光源温度与平均波长的关系来修正标度因数模型,通过模型修正可以将光纤陀螺全温标度因数稳定性指标由常规模型下的36×10~(–6)提升到12×10~(–6)。     

建立惯性仪表安装误差数学模型的理论研究

安装误差对系统精度有较大的影响,对捷联惯性系统的影响尤为突出,为此从仿射坐标系的坐标变换理论入手,分析并推导了建立惯性仪表安装误差数学模型的坐标变换矩阵公式,为惯性仪表安装误差数学模型的建立、测试及在惯性导航系统中的补偿提供了理论依据。     

光纤陀螺零漂数据滤波方法的研究

在对光纤陀螺零偏稳定性数据建立时间序列模型（ARMA模型）的基础上,采用卡尔曼滤波算法对光纤陀螺的漂移数据进行了处理,并采用Allan方差法和最小二乘法对滤波后的数据进行了处理,拟合,最后求出滤波后数据中各噪声的误差系数。     

光纤陀螺的热分析与热设计方法

光纤陀螺随温度变化产生的热噪声及热致非互易性相移误差直接影响其使用精度。为解决温度问题,分析了光纤陀螺工作的热环境,根据光纤陀螺的体积功率密度选择了自然冷却方法,包括导热、自然对流和辐射换热的单独作用或组合。通过分析光纤线圈及其他光电器件的温度特性及温度变化产生误差的机理,指出热设计的目的是控制光纤陀螺内部的温度场分布及最高温度,并对光纤陀螺的热设计方法进行研究,包括光纤线圈的热设计、光电器件的安装方式、控制电路的热设计等。由最后热仿真与测试结果可知,热设计方法合理可行。