基于Allan方差的光纤陀螺随机漂移建模与仿真

随机漂移是影响光纤陀螺精度的主要因素之一,建立陀螺随机漂移模型以便在滤波时加以修正是提高系统精度的有效方法。针对传统随机漂移模型建模耗时长、过敏感等问题,提出基于Allan方差的光纤陀螺随机漂移模型。通过各噪声项的功率谱密度函数推导出随机微分方程,用Allan方差分析出光纤陀螺各噪声项量化参数,将量化参数代入以单位白噪声驱动的随机微分方程,得到随机漂移模型。实验结果表明,该模型拟合出的随机漂移单项噪声误差不超过8.6％,远低于传统模型产生的单项噪声误差58.3％,是一种有效的光纤陀螺随机漂移建模方法。     

光纤陀螺随机游走分析方法研究

 光纤陀螺测试中,随机游走系数的分析对陀螺整体性能的评价起着很重要的作用。分别介绍了分析光纤陀螺随机游走噪声的两种方法：Allan方差法和改进的Allan方差法。分别应用这两种方法,在对某型光纤陀螺(FOG)实测静态数据计算的基础上进一步分析了该光纤陀螺中的噪声分量,并对分析结果进行比较。最终计算结果表明：在增加计算时间为代价的前提下,改进Allan方差法能方便地区别出各种噪声,并明显提高了光纤陀螺各随机噪声游走系数的计算精度。     

光纤陀螺随机漂移的在线建模及实时滤波

针对高精度光纤陀螺(FOG)随机误差,在分析时间序列相关函数的基础上,得出其时间相关性呈较弱现象,若采用传统方法辨识模型,则容易造成误判.在此情况下,使用适用性更广泛的AIC准则分别确定AR及ARMA模型的最佳阶数,继而采用卡尔曼滤波算法,最后以滤波后零偏稳定性改善情况来选择作为FOG随机误差的数学模型.验证结果表明:...     

光纤陀螺随机漂移建模及其在惯导误差方程中的应用

针对光纤陀螺随机漂移模型时序无法直接应用卡尔曼滤波分析的问题,在对陀螺漂移建模分析的基础上,利用一阶马尔柯夫过程等效拟合陀螺漂移模型,并通过Allan方差分析拟合的合理性。对惯导系统误差方程进行了状态扩充,为进一步实现导航系统的滤波分析奠定了理论基础。     

基于动态Allan方差的光纤陀螺随机误差分析及算法改进

为了全面了解光纤陀螺(FOG)各项随机误差随时间的变化特性,利用动态Allan方差(DAVAR)方法对光纤陀螺输出信号进行了分析研究。结果表明,与经典Allan方差对光纤陀螺随机误差的分析相比较,DAVAR不仅能准确地评估光纤陀螺各项误差,而且能够直观地反映光纤陀螺各项误差随时间变化的稳定性;由于DAVAR需要估计出陀螺信号各个时间点的Allan方差,因此其具有随着分析数据量增大、运算耗时急剧增加的缺点。为此提出了一种基于选择相关时间序列t的改进型快速DAVAR的计算方法。实验证明,在不影响DAVAR运算结果的前提下,改进型快速DAVAR算法在大数据量分析时有效提高了运算效率。     

基于动态Allan方差的光纤陀螺随机误差分析及算法改进EI北大核心CSCD

为了全面了解光纤陀螺(FOG)各项随机误差随时间的变化特性,利用动态Allan方差(DAVAR)方法对光纤陀螺输出信号进行了分析研究。结果表明,与经典Allan方差对光纤陀螺随机误差的分析相比较,DAVAR不仅能准确地评估光纤陀螺各项误差,而且能够直观地反映光纤陀螺各项误差随时间变化的稳定性;由于DAVAR需要估计出陀螺信号各个时间点的Allan方差,因此其具有随着分析数据量增大、运算耗时急剧增加的缺点。为此提出了一种基于选择相关时间序列t的改进型快速DAVAR的计算方法。实验证明,在不影响DAVAR运算结果的前提下,改进型快速DAVAR算法在大数据量分析时有效提高了运算效率。     

高精度干涉式光纤陀螺热漂移分析

为了改进干涉式光纤陀螺的测量精度和温度性能,建立了该仪器输出偏置的解析模型。通过把光纤双折射这一从未被考察过的相位微扰与其它已知误差源进行线性叠加,该模型首次显式地把陀螺性能直接与光纤的力学、光学、热学和几何参数联系起来。利用该模型对常用于10-3 deg/h精度量级光纤陀螺的64层四极对称环圈进行计算,结果表明,保偏光纤所固有的高双折射及其温度涨落对陀螺输出偏置及其热漂移的影响分别在10-3 deg/h和10-2 deg/h量级,而过去研究较多的单模光纤中的舒普效应和热致光弹效应的影响分别在10-4 deg/h和10-3 deg/h量级。该模型表明保偏光纤所固有的高应力双折射是干涉式光纤陀螺的主要误差源,同时较为完备地描述了光纤陀螺中源于光纤性能的误差,也解释了该误差对光纤双折射的非线性依赖。     

光纤陀螺漂移稳定控制方法研究

从理论人分析光纤陀螺位相调制器及光源不稳定对整机性能特别是对漂移的影响,通过研究,利用光纤陀螺基频分量、一次谐波及二次谐波分量的组合抑制光纤陀螺噪声,稳定控制光纤陀螺漂移,提高光纤陀螺栓测灵敏度。制作了实施电路。     

光纤陀螺信号的小波包去噪及改进

光纤陀螺经过确定性误差补偿后,各种随机噪声成为其误差的主要来源。为了减小光纤陀螺的随机误差,研究基于小波包分析的滤波方法,分析了小波包滤波的原理以及滤波过程中阈值及阈值函数的选取问题,并进行了相应的改进。然后分别采用Allan方差法和功率谱密度(PSD)方法分析滤波前后光纤陀螺的随机误差特性,对滤波的效果进行理论上的分析。最后,选取光纤陀螺VG951的漂移数据进行仿真验证,结果表明,基于改进的小波包滤波方法能够有效地减小光纤陀螺的随机误差,从而提高测试的精度。     

光纤陀螺零偏误差特性及噪声分析方法研究

光纤陀螺为典型的光纤干涉仪,非互易误差主要是由各类寄生干涉引起,零偏误差具有明显的周期性特征。结合Allan方差分析方法,发现由寄生干涉引入的正弦噪声为其零偏误差的主要来源。通过加入正弦噪声进行仿真计算和分析,发现光纤陀螺Allan方差曲线中"速率斜坡和速率随机游走"部分实际是由正弦噪声引起。基于小波分析和傅里叶变换实现了陀螺中正弦噪声的辨识,并在此基础上,提出了结合小波分析法和Allan方差法计算零偏不稳定性、随机游走和量化噪声的方法,并进行了实际计算验证。     

基于小波-ARMA模型的光纤陀螺自适应滤波

针对光纤陀螺输出是非平稳信号的特点,提出了小波-ARMA模型建模方法 ,并与ARIMA模型进行了对比分析;针对滤波方程中的量测噪声不能确定的问题,提出了基于量测噪声自适应的滤波方法,并与卡尔曼滤波进行了对比分析。研究结果表明:滤波方法相同时,小波-ARMA模型的滤波效果优于ARIMA模型;模型相同时,自适应滤波效果优于卡尔曼滤波;且建模精度大于滤波方法对滤波效果的影响。Allan方差分析表明:基于小波-ARMA模型的自适应滤波能很好地滤除光纤陀螺中的量化噪声,提高陀螺的输出精度。     

机载光电系统中光纤陀螺卡尔曼滤波方法应用

针对光纤陀螺输出噪声大、随机漂移难抑制,从而影响机载光电系统低频性能的问题,分析了系统中光纤陀螺输出的实测数据,根据其噪声特性建立了光纤陀螺噪声的AR2 模型。研究了基于卡尔曼滤波的光纤陀螺在机载光电系统中的应用方法。对比传统应用的滑动平均滤波,给出实验结果。结果表明:卡尔曼滤波能有效消除陀螺高频噪声,抑制系统的随机漂移,在一定程度上能够提高系统的低频工作性能。研究结果对机载系统中光纤陀螺的应用有较好的参考价值。     

光纤陀螺仪零漂信号的Allan方差分析

介绍了光纤陀螺零漂实验的设备环境,硬件和软件的构成及数据采集过程。在测得光纤陀螺零漂信号的基础上,运用Allan方差理论对陀螺信号进行定量的分析,得到了光纤陀螺5个误差源系数的大小,并根据误差源的产生机理,找到了光纤陀螺硬件存在误差的部分,提出了光纤陀螺的改进方案。     

Influence of Er-doped superfluorescent fiber source's spectrum-stability on the SNR of fiber optic gyroscopes

The output spectrum-stability of Er-doped superfluorescent fiber source (SFS) was measured by changing the temperature around the excited Er-doped fiber (EDF). With the experiment results, the influences of the SFS's spectrum-stability on the signal-to-noise ratio (SNR) of fiber optic gyroscope (FOG) were simulated. The simulated results demonstrate that the SNR of FOG will change no matter the power, mean wavelength or the spectral bandwidth of the light output from the Er-doped SFS is changing. The results show that the changing of SNR caused by the output power's variation is three orders of magnitude larger than that caused by the variation of mean wavelength or bandwidth. And the main factor influencing the stability of FOG's SNR is the temperature-stability of the output power of Er-doped SFS.     

Accurate calibration for drift of fiber optic gyroscope in multi-position north-seeking phase

This paper presents an accurate calibration method for drift of fiber optic gyroscope (FOG) in multi-position north-seeking phase. To avoid the effect of the rate of change of accelerometer bias on the drift estimate of FOG, north-seeking by coarse-alignment is performed in multi positions and the north-seeking results are used to compute the drift of FOG. The laboratory test results prove that the proposed method can not only achieve multi-position north-seeking, but also accurately calibrate the drift of FOG. The comparison with the traditional method highlights the superior performance of the proposed method.     

基于Allan方差的MEMS陀螺随机误差建模

针对由于MEMS陀螺随机误差较大而影响MEMS惯性测量系统测量精度的问题,提出一种利用Allan方差分析随机误差并建模的方法。在分析Allan方差原理的基础上,通过Allan方差分析法分离和辨识了MEMS陀螺仪的各项随机误差以及误差系数,并利用随机误差系数进行了数学建模。通过与ARMA模型比较,表明利用Allan方差建立的模型更加精确。该方法为MEMS惯性导航系统中姿态测量的误差补偿和滤波提供了新的思路,对提高MEMS惯性测量系统的测量精度具有一定的实际应用价值。     

解相关自适应滤波在光纤陀螺信号处理中的应用

在分析光纤陀螺噪声特性的基础上,研究了减少光纤陀螺信号随机漂移的方法,采用解相关变步长LMS算法,对光纤陀螺信号进行滤波,并同LMS滤波算法进行了比较,这种算法具有更快的收敛速度。实验结果表明,解相关变步长LMS算法对于抑制光纤陀螺中的随机漂移、提高信噪比具有良好的效果。     

谐振型光纤陀螺方波频率调制方法

分析了谐振型光纤陀螺(R FOG)方波频率调制方法的工作原理和调制性能,得到了采用方波频率调制时R_FOG的极限灵敏度,并对方波频率调制和正弦频率调制两类调制方法的特性进行了比较。结果表明,方波调制方法的极限灵敏度优于正弦频率调制方法的极限灵敏度,其输出信号为方波强度调制信号,易于与I_FOG中类似的数字解调方法相结合,是实现全数字处理R_FOG的较理想的调制方案。