[发明专利]一种基于阶梯波调制的光纤陀螺标度因数的自标定方法

说明书

技术领域

本发明属于惯性敏感元件领域，具体涉及一种数字闭环光纤陀螺阶梯波调制原理提出的基于阶梯波调制的光纤陀螺标度因数的自标定方法。

背景技术

捷联惯性导航系统的工作原理是将其输出通过捷联矩阵转换到导航坐标系，结合一定的初始信息，再通过一定的导航解算，确定载体的速度、位置和姿态信息。然而，捷联惯导系统作为一种自主式的导航系统，在使用过程中会难免会存在一些系统误差，如果不及时对这些误差进行修正，最终度会影响系统的导航精度。若要对这些误差进行补偿，首先必须利用高精度的惯性测量器件对其进行标定，所以对标定技术的研究对提高整个系统的导航精度具有非常重要的意义。

现阶段捷联惯导系统中光纤陀螺标度因数的标定主要是通过转台速率实验完成。这种标定方法的优点是其原理简单，而且利于实验室实现。该方法通过分析惯性组件的误差方程，建立其输入与输出的关系，通过分析，设计合理的标定路径以激励出误差方程中的各项参数。在惯导系统的实际工作过程中，将标定所得的结果进行补偿以提高系统的导航精度。但其存在实验中，转台输入角速率太小会使陀螺处于非线性区，标定出来的标度因数精度不高；角速率太大则增加了对转台的难度要求；采样点太密则时间成本太高；采样点太疏则测量误差风险增大；这种标定方法基于转台，必须在实验室中进行，在实际应用中不能有效地提高工作效率，较为繁琐等问题。

从以上问题可看出，目前光纤陀螺标度因数的标定效率并不高，需要新方法来提高效率，本文就标度因数的标定方法展开研究，旨在提高光纤陀螺标度因数的标定效率。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于阶梯波调制的光纤陀螺标度因数的自标定方法。

本发明的目的是这样实现的：

包括如下步骤：

(1)通过现有的标定方法可以看出标定过程中，转台输入角速率在20°/s左右时的标度因数线性度好且标定精度高，并想以0.01°/s、0.1°/s、1°/s为步长找到其对应的阶梯波信号的数字量，通过转台速率实验，分别记录20°/s、20.01°/s、20.1°/s、21°/s这几种角速率输入情况下，陀螺输出的数字量；

(2)分别计算不同速率条件下转台绕X、Y、Z轴转动时的陀螺输出均值数据处理时用整圈标定法，取整圈的数据使水平轴上地球自转角速度的分量能在在台体旋转一周时被平均掉，提高标定精度；

输入角速率为20°/s时；以20°/s的角速度转动一周T＝360/20＝18s；分别截取Z轴正、反转的第20s—560s的数据，转动圈数N＝30；在绕Z轴正反转时，计算得到了正、反转时陀螺输出数字量总和∑N_gz+、∑N_gz-

绕X轴正反转时，得

绕Y轴正反转时，得

同时得到

(3)将步骤(2)得到的数字量均值做差，分别得到各轴0.01°/s、0.1°/s、1°/s的角速度输入对应的陀螺输出：

(4)根据数字闭环光纤陀螺的阶梯波调制原理,当光纤环敏感到角速度时,光纤环路中传输方向不同的两束光将产生正比于旋转速率Ω的萨格奈克相位差Φ_s为

阶梯波加在Y波导的相位调制器上，引起的两束光之间的相位差为

Φ_j＝Φ_m(t)-Φ_m(t-τ)

其中，Φ_m(t)为阶梯波调制造成顺时针传输的光产生的附加相移，Φ_m(t-τ)为阶梯波调制造成逆时针传输的光所产生的附加相移；偏置信号是用方波，该方波信号的周期为2τ，方波调制信号作为偏置信号，在正负半周产生的相移为则阶梯波和方波，在萨格奈克干涉仪中产生的非互易相移为：

ΔΦ＝Φ_s+Φ_j+Φ_f，

其中Φ_s为萨格奈克相移，Φ_j为阶梯波的附加相移，Φ_f为方波的附加相移；

sagnac干涉仪的输出信号为

I＝A·[1+cos(Φ_s+Φ_j+Φ_f)]，

在方波的正半周，sagnac干涉仪的输出信号为

I＝A·[1-sin(Φ_s+Φ_j)]，

在方波的负半周，sagnac干涉仪的输出信号为