[发明专利]一种闭环光纤陀螺角加速度跟踪性能的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种闭环光纤陀螺角加速跟踪性能的测试方法，属于光纤陀螺测试技术。

背景技术

光纤陀螺是一种基于Sagnac效应（萨格纳克效应）的新型光学陀螺仪，被用来敏感运动载体相对于惯性空间的旋转角速率。作为一种重要的捷联惯性传感器，光纤陀螺在捷联惯性测量系统中得到了广泛的应用。

光纤陀螺的角加速度跟踪性能是指光纤陀螺对角加速度运动输入的响应特性，是光纤陀螺动态性能的重要表征，反映了光纤陀螺对外界动态角运动的敏感能力，直接影响了光纤陀螺的大动态跟踪性能。由于闭环光纤陀螺采用闭环检测方案，光纤陀螺的输出值相对于输入信号有一定的延迟作用，因此在输入信号变化较快时，光纤陀螺的输出不能完全跟踪输入信号，即光纤陀螺的输出相对于输入存在误差。当外界转速输入存在角加速度时，角速率发生变化，光纤陀螺的角速率输出值将存在测量误差，即角加速度误差。角加速度误差的大小反映了闭环光纤陀螺角加速度跟踪性能的好坏。在高动态恶劣运动环境的应用场合中，运动载体的角速率经常发生快速变化，对光纤陀螺的角加速度跟踪性能提出了很高的要求。因此，如何评测光纤陀螺的角加速度跟踪性能成为光纤陀螺研制和生产过程中必不可少的内容。

对于光纤陀螺角加速度跟踪性能的传统测试方法是，主要借助普通速率转台或突停台激发角加速度来测试光纤陀螺的角加速度误差。由于普通速率转台和突停台不能准确产生给定大小角加速度，激发出的角加速度大小不能根据测试需要人为随意设定，并且输入输出存在时间基准误差，所以传统测试方法不能满足光纤陀螺角加速度跟踪性能的精确测量。

发明内容

为了获得闭环光纤陀螺角加速跟踪性能的准确测量，本发明提出一种闭环光纤陀螺角加速跟踪性能的测试方法。该方法无需借助传统的测试设备，操作简单，测量范围大，测量精度高，能够满足闭环光纤陀螺角加速度跟踪性能的自主、快速、精确测试。

本发明提供了一种闭环光纤陀螺角加速跟踪性能的测试方法，是通过在光纤陀螺闭环检测电路的反馈阶梯波上加入一斜坡输入信号来模拟外界的等效角加速度输入，然后将陀螺闭环检测电路的输出响应数据与输入信号作差得到光纤陀螺的角加速度跟踪误差。

检测过程包括如下步骤：

1）在光纤陀螺闭环检测电路中，通过在光纤陀螺自身反馈的信号上叠加一个具有一定斜率的斜坡输入信号，使得光纤环正、反方向传播的两束光之间产生一个与外界角加速度输入等效的相位差；

2）用计算机采集光纤陀螺输出的响应数据，将斜坡输入信号的斜率除以光纤陀螺的标度因数，得到等效的外界角加速度输入值；再将斜坡输入信号与输出的响应数据作差，将这个差值除以光纤陀螺的标度因数得到陀螺的角加速度跟踪误差；

3）用角加速度跟踪误差除以等效的外界角加速度输入值，得到光纤陀螺的角加速度误差系数；

4）用得到的角加速度误差系数评价光纤陀螺的角加速度跟踪性能。

3、根据权利要求1或2所述的闭环光纤陀螺角加速度跟踪性能的测试方法，其特征在于：所述斜坡输入信号是在光纤陀螺信号处理器中，通过软件编程的方式和光纤陀螺自身反馈的信号叠加。

所述光纤陀螺反馈的信号和斜坡输入信号经过阶梯波生成器形成数字反馈阶梯波，再由D/A转换器转换成模拟电压信号后施加到集成光学调制器上，通过光纤陀螺集成光学调制器的相位调制，在光纤环上产生与外界角加速度输入相等效的相位差。

在测试过程中，分别采用多种不同斜率的斜坡输入信号进行多次测试，然后取各次测试结果的平均值。

另外，光纤陀螺输出的响应数据，输出时间间隔与光纤陀螺的光纤环渡越时间相同，在数微秒量级以保证测试的精度。

控制光纤陀螺输出响应数据频率的方法是：省去光纤陀螺数据输出之前的滤波处理环节，将光纤陀螺在每一个控制周期所测数据直接输出；同时，对数据输出格式进行简化，即光纤陀螺输出的数据包中仅包含光纤陀螺所测的速率数据。

本发明的优点和有益效果：由上述所提供的技术方案可以看出，本发明所提出光纤陀螺角加速度跟踪性能测试方法只需通过光纤陀螺信号处理软件和配套的计算机数据采集、处理系统便可实现，不需要外在的辅助测试设备。通过运用该方法，可以自主、快速和精确的测试光纤陀螺角加速度跟踪性能。可以为光纤陀螺动态跟踪性能参数设计和光纤陀螺动态环境适应性评估提供可靠便捷的手段。