一种利用一次温度实验同时补偿光纤陀螺标度因数及零偏的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光纤陀螺领域，更具体地，涉及一种利用一次温度实验同时补偿光纤 陀螺标度因数及零偏的方法。
【背景技术】
[0002] 光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的角速率传感器，由于其成本低、工艺简单、可 靠性高、抗冲击振动能力强，其应用前景备受重视，已经成为主流的传感器之一。然而构成 光纤陀螺的主要器件如光纤环、光源等对温度较为敏感，导致光纤陀螺输出受到温度的影 响较大，造成陀螺温度误差，因此，对于光纤陀螺温度误差的补偿已经引起了广泛的重视。
[0003] 光纤陀螺的温度补偿主要包括标度因数的温度补偿和零偏的温度补偿。目前的方 法一般是先补标度因数，后补零位，这样的补偿方法不仅费时费力，而且会造成标度因数补 偿不准确性。这些方法都是对标度因数及零偏分别进行补偿，在此过程中会重复考虑温度 对于陀螺输出的影响，导致输出误差的增大。
【发明内容】
[0004] 针对现有补偿方法的缺陷，本发明提供了一种利用一次温度实验同时补偿光纤陀 螺标度因数及零偏的方法，目的在于有效的补偿由温度引起的标度因数和零偏的误差，降 低实验成本，提高补偿的准确性。
[0005] 本发明提供了一种利用一次温度实验同时补偿光纤陀螺标度因数及零偏的方法， 包括下述步骤：
[0006] (1)调整温箱的温度，当温度达到各个设定温度值时，使得陀螺正反转动，并在温 箱启动和关闭的整个过程中，获得陀螺内部的温度传感器实时采集的温度数据以及与温度 对应的陀螺输出的数据；
[0007] (2)根据同时补偿标度因数和零偏算法对温度数据和陀螺输出的数据进行处理， 获得温度补偿系数矩阵；
[0008] (3)根据温度补偿系数矩阵对陀螺的输出进行补偿。
[0009] 本发明提供了一次温度实验同时补偿光纤陀螺标度因数及零偏的方法，设计一次 实验过程，同时补偿标度因数和零偏，直接解算出陀螺输出数字量与输入角速度的关系。 [0010] 更进一步地，步骤（1)中所述调整温箱的温度具体为：
[0011] 将陀螺水平放置在温箱中，常温下通电时间后，调整温箱的温度使得温度由常 温以dT(rC/min~2°C/min)速度降温至最低温度T_，并保温使得陀螺内部的温度达到 最低温度'^通过操作转台使得陀螺以设定角速度ω顺时针转动t2时间后以相同的角速 度逆时针转动t2时间；
[0012] 再以dT速度将温箱升温至设定的第一温度值?\ (一般地，?\=T_+10)，并保温使 得陀螺内部的温度达到设定的第一温度值Τ1;通过操作转台使得陀螺以设定角速度ω顺 时针转动t2时间后以相同的角速度逆时针转动12时间；
[0013] 再以dT速度将温箱升温至设定的第二温度值!^ (一般地，T2= 1\+10)，并保温使 得陀螺内部的温度达到设定的第二温度值Τ2;通过操作转台使得陀螺以设定角速度ω顺 时针转动t2时间后以相同的角速度逆时针转动t2时间；
[0014] ......
[0015] 依次升温至设定的第三温度值!^，设定的第四温度值T4，……，最高温度1'_;并 保温使得陀螺内部的温度达到相应的设定温度值；当陀螺内部的温度达到各个设定温度值 时，通过操作转台使得陀螺以设定角速度ω顺时针转动^时间后以相同的角速度逆时针 转动t2时间；
[0016] 最后关闭温箱；
[0017] 在温箱启动和关闭的整个过程中，获得陀螺内部的温度传感器实时采集的温度数 据以及与温度对应的陀螺输出的数据；
[0018] 其中，最低温度Tmin和最高温度Tmax是根据应用环境确定的，一般最低温度Tmin可 以为-40°C，最高温度T_可以为70°C。
[0019] 更进一步地，通电时间h大于陀螺启动时间。
[0020] 更进一步地，步骤（1)中随着温度的变化和转台的转动，陀螺的输出数据不仅包 含与温度相关的标度因数信息，还包含与温度相关的零偏信息。
[0021] 更进一步地，步骤（2)包括：
[0022] (2. 1)利用陀螺光纤环内部温度Τ?的数据解算光纤环内部温度Τ?的温度变化dT 内，t时刻的温度变化dTft为（t_2n)~t时刻之间的温度平均值与（t_22n)~（t_2n)时刻之 间的温度平均值之差；
[0023] 其中，t彡22η+1，η可以取值为6 ;
[0024] (2. 2)去除转台转速改变间隙的陀螺数据及温度数据；
[0025] (2. 3)根据采集的陀螺数据D、陀螺光纤环内部温度数据Τ?和光纤环外部温度数 据Τ外生成矩阵X= [D，Τ内D，Τ内2D，Τ内，（Τ内-Τ外），dT内];
[0026] (2.4)根据转台输入角速度及常温标度因数K。获得与矩阵X相应的矩阵y= Κ〇Ω；
[0027] (2· 5)根据A= (XTX)Yy计算补偿系数矩阵A= [a。，a!，a2,b!，b2,b3]T。
[0028] 更进一步地，步骤（2. 2)具体为：判断陀螺数据由正到负、由负到正的变化时刻 t。。，删除tM-m~tM+m时刻的陀螺数据及温度数据；其中，m大于转台由零转速达到设定角 速度转动所需要的时间^，小于tz+5。这是由于当设置转台以设定角速度转动时，转台转速 不能立刻达到指定速度，在该过程中陀螺的输入角速度无法计量，即A= (XTX)Yy中的y =&Ω不可知，因此需要将转台转速改变间隙的陀螺及温度数据去除掉，以免影响计算结 果。
[0029] 更进一步地，步骤（3)所述的对陀螺输出进行补偿为，陀螺补偿后的输出= (ao+aA+a2T内2)D补前+[bA+b2(T内-T外）+b3dT内]。
[0030] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0031] (1)采用一次温度实验的方法，代替传统两次温度实验的方法（先补偿标度因数 后补偿零偏），由于温度实验时间较长、成本较高，本发明很大程度上节约了实验成本和时 间。
[0032] (2)同时补偿标度因数和零偏算法，可直接表示陀螺输出数字量与输入角速度的 关系，得到补偿系数矩阵，避免了传统方法中由于零偏误差等引起的标度因数补偿不准确。
【附图说明】
[0033] 图1是本发明实施例提供的利用一次温度实验同时补偿光纤陀螺标度因数及零 偏的方法实现流程图；
[0034]图2是本发明实施例提供的温箱设置温度变化曲线图。
[0035]图3是本发明实施例提供的保温段转台设置曲线。
【具体实施方式】
[0036] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本 发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0037] 本发明提出的补偿方法设计一次温度实验中同时补偿标度因数和零偏，直接表示 陀螺输出数字量与输入角速度的关系，得到补偿系数矩阵，避免了由于零偏误差等引起的 标度因数补偿不准确性，不仅能够有效的补偿陀螺的温度误差，并且节省实验成本和时间， 具有较大的现实意义。
[0038] 本发明的目的是这样实现的：
[0039] (1)将陀螺水平放置在温箱中，常温下通电30min后，将温度由常温以1°C/min速 度降温至_40°C，后保温1小时，在保温50~55min时，通过操作转台使得陀螺以10°/s 的角速度顺时针转动lmin后，以相同的角速度逆时针转动lmin;
[0040] 再以1°C/min的速度升温至-30°C，再保温30min，在保温20~25min时，通过操作 转台使得陀螺以10° /s的角速度顺时针转动lmin后，以相同的角速度逆时针转动lmin;
[0041] 再以1°C/min的速度升温至-20°C，再保温30min，在保温20~25min时，通过操作 转台使得陀螺以10° /s的角速度顺时针转动lmin后，以相同的角速度逆时针转动lmin;
[0042] ......
[0043]依次升温至-10°C、0°C、10°C、20°C、30°C、40°C、50°C、60°C、70°C;并保温 30min; 在保温20~25min时，通过操作转台使得陀螺以10° /s的角速度顺时针转动lmin后，以 相同的角速度逆时针转动lmin;
[0044] 最后关闭温箱；
[0045] 在温箱启动和关闭的整个过程中，获得陀螺内部的温度传感器实时采集的温度数 据以及与温度对应的陀螺输出的数据；
[0046](2)根据同时补偿标度因数和零偏算法对温度数据和陀螺输出的数据进行处理， 获得温度补偿系数矩阵A;
[0047]