[发明专利]一种改善高精度光纤陀螺全温零偏稳定性的方法

说明书

本发明涉及一种改善高精度光纤陀螺全温零偏稳定性的方法，通过在光纤环内外设置温度采集点，对温度采集点进行实时采集，得到温度数据；建立相应温度权重模型，并对模型中的权重进行设置；剔出故障温度点及温度信息并实时调整温度权重模型参数；最后将补偿参考温度点设置在光纤陀螺工作温度范围外，计算补偿系数，根据补偿系数对光纤陀螺各个温度点的输出进行补偿，同时计算解调值和输出各个温度的输出值。本发明有效的提高高精度光纤陀螺全温零偏稳定性，并减少或消除高精度光纤陀螺升温和降温过程中输出曲线不一致的情况。经过测试本发明同时减少或消除高精度光纤陀螺全温标度测试时升温和降温过程输出曲线不一致以及输出迟滞的问题。

技术领域

本发明属于光纤陀螺性能改善领域，尤其是一种改善高精度光纤陀螺全温零偏稳定性的方法。

背景技术

高精度光纤陀螺是一种无转动部件、全固态的高精度角速率传感器，具有体积小、精度高、全固态、使用寿命长、动态范围大等优点。基于高精度光纤陀螺的捷联式惯性导航系统已被广泛应用于航天航空、舰艇导航等领域。

高精度光纤陀螺全温零偏稳定性是高精度光纤陀螺应用的一个重要技术指标，直接决定了高精度光纤陀螺的环境适应性。对现有高精度光纤陀螺进行温度试验：温循范围-10℃--65℃，-10℃保温3小时；变化速率0.5℃/min，升至65℃，保温5小时；速率0.5℃/min降至-10℃。试验结果为：高精度光纤陀螺零偏在20℃时有明显台阶出现，大小约为0.01°/h。图1为高精度光纤陀螺全温零偏跳台阶示意图；图2为高精度光纤陀螺的温度激励示意图。

从试验结果可以看出高精度光纤陀螺的零偏在20℃上下有明显台阶出现，大小约为0.01°/h，现在高精度光纤陀螺的全温零偏稳定性要求为0.001°/h，0.01°/h的定温极差严重影响了陀螺的全温零偏稳定性，导致陀螺全温零偏稳定性指标超差，不能满足任务要求，严重制约了高精度陀螺的工程化应用，是高精度光纤陀螺工程应用中必须要解决的问题。

同时，由于高精度光纤陀螺光纤环圈的几何尺寸、光源的平均波长也会随温度发生变化，从而导致高精度光纤陀螺的标度因数发生变化。但是从机理上消除温度带来的标度因数变化难度大、成本高。采用温度补偿技术是一种有效提升高精度光纤陀螺标度因数性能的方法。根据建立的高精度光纤陀螺标度因数与温度的模型，采集高精度光纤陀螺的实时温度后对其输出进行补偿，从而达到改善高精度光纤陀螺标度因数性能的目的。具体为：将高精度光纤陀螺置于温箱内的单轴速率转台上，单轴转台以恒定速率30°/s单向旋转。图3所示为试验用温箱设置曲线。对高精度光纤陀螺速率信号输出、光纤环圈温度进行实时采集。

现有高精度光纤陀螺的标度因数补偿是以温度20℃时的输出为基准，各个温度点的输出和20℃时的输出作比较，得到一个乘法系数(21位的数据)。陀螺各个温度点的解调值乘以温度系数作为陀螺输出，以此来实现高精度光纤陀螺的标度因数补偿。寄存器位数变化如图5所示。在现有补偿算法中，大于20℃的系数为21h1000**，等于20℃的系数为21h100000，小于20℃的系数为21h0fff**。陀螺各个温度点的解调值乘以温度系数(21位)右移16位作为陀螺输出。当温度小于20℃时，解调值乘以21h1000**，再右移16位的值等于解调值乘以21h100000，即等于20℃时的零偏值，标度补偿对零偏没有影响。当温度大于20时，解调值乘以21h0fff**，再右移16位的值不等于解调值乘以21h100000(20℃时的零偏值)。输出数据右移16位，等于舍去了16位有效数据，这就产生了精度误差，这个误差就是造成高精度光纤陀螺在20℃上下有定温极差出现的根本原因，同时现有技术无法解决此问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种改善高精度光纤陀螺全温零偏稳定性的方法，能够减少或消除高精度光纤陀螺全温标度测试时升温和降温过程输出曲线不一致以及输出迟滞的问题。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种改善高精度光纤陀螺全温零偏稳定性的方法，包括以下步骤：