CN102322874A - 一种简易光纤陀螺仪性能参数标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种陀螺仪性能参数标定方法，尤其是涉及一种简易光纤陀螺仪性能参数标定方法。一种简易光纤陀螺仪性能参数标定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，陀螺仪稳定时差标定，步骤2，温度性能标定，步骤3，零偏性能标定，步骤4，标度因数标定，步骤5，非线性标度标定。因此，本发明具有如下优点：简单、易于操作。
Description
技术领域
本发明涉及一种陀螺仪性能参数标定方法，尤其是涉及一种简易光纤陀螺仪性能参数标定方法。
背景技术
光纤陀螺是用光学方法测量角度的一种新型敏感元件。由于它没有运动部件，因而具有制造成本低和可靠性高的优势。又由于它结构简单，只有一个激光二极管、一个光电检测器和一只利用廉价光纤制造的线圈，因而使得许多人相信，采用光纤陀螺能避免将投资用于高技术开发之中，而在惯性导航领域，这是竞争能否取得成功的先决条件之一。
此外，光纤陀螺容易组装，所有的部件都可采用成批加工制造，并全部在组装前试验。因此，光纤陀螺应用领域相当广泛，主要体现在战略***和潜艇导航应用，卫星定向和追踪，天体观测望远镜的稳定和调向，各种运载火箭应用，战术武器制导***，陆地导航***，飞机惯性导航，光学罗盘及高精度寻北***，此外，它还被用于汽车导航仪，天线，摄像机的稳定，石油钻井定向，机器人控制，各种极限作业的控制装置等。
因此，对光纤陀螺性能指标的评估，对性能参数的标定，就显得尤为重要了。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的等的技术问题；提供了一种简单、易于操作的一种简易光纤陀螺仪性能参数标定方法。
一种简易光纤陀螺仪性能参数标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，陀螺仪稳定时差标定，具体操作步骤如下：
步骤1.1，将陀螺仪一和陀螺仪二通过固定结构件固定在一防震平台上，并将陀螺仪一和陀螺仪二与数据采集器连接：
步骤1.2，记录周围环境状况，包括环境温度、相对湿度以及大气压力；
步骤1.3，启动仪器，并连续采集数据1小时；
步骤1.4，关闭仪器，冷置0.5小时，重复步骤1.3，反复5次；并记录每次的角速度值；
步骤1.5，处理采集数据；
步骤2，温度性能标定，即测量不同的温度下，对陀螺仪数值的影响，具体操作步骤如下：
步骤2.1，将陀螺仪一和陀螺仪二置于一温度控制箱内，并将该温度控制箱固定在一可以旋转的测试转台上，所述测试转台可按照用户要求进行电动匀速旋转，然后将将陀螺仪一和陀螺仪二与数据采集器连接；
步骤2.2，对陀螺仪一和陀螺仪二进行静态测试，具体操作步骤如下：
步骤2.21，保持转台静止，将温度控制箱调制常温下，打开陀螺仪，等待15分钟后开始测试；
步骤2.22，分别按照-30℃、-25℃、-15℃、-5℃、5℃、15℃、25℃、35℃、40℃、45℃温度测试，每一个温度分别测试15分钟，并记录每个温度段的角速度值；
步骤2.23，处理采集数据；
步骤2.3，对陀螺仪一和陀螺仪二进行动态测试，具体操作步骤如下：
步骤2.31，将温度控制箱调制常温下，打开陀螺仪，等待15分钟后，打开转台，保持转台速度为10度/秒；
步骤2.32，分别按照-30℃、-25℃、-15℃、-5℃、5℃、15℃、25℃、35℃、40℃、45℃温度测试，每一个温度分别测试15分钟；并记录每个温度段的角速度值；
步骤2.33，处理采集数据；
步骤3，零偏性能标定，具体性操作步骤如下：
步骤3.1，将陀螺仪一和陀螺仪二通过固定结构件固定在一防震平台上，并将陀螺仪一和陀螺仪二与数据采集器连接：
步骤3.2，记录周围环境状况，包括环境温度、相对湿度以及大气压力；
步骤3.3，启动仪器，并连续采集数据1小时；
步骤3.4，关闭仪器，冷置0.5小时，重复步骤1.3，反复5次；并记录每次的角速度值；
步骤3.5，处理采集数据；
步骤4.标度因数标定，具体性操作步骤如下：
步骤4.1，将陀螺仪一一可以旋转的测试转台上，所述测试转台可按照用户要求进行电动匀速旋转，然后将将陀螺仪一与数据采集器连接；
步骤4.2，记录周围环境状况，包括环境温度、相对湿度以及大气压力；
步骤4.3，启动仪器，15分钟后，启动转动平台，保持转速分别为：5度/秒、10度/秒、15度/秒，并在保持三个不同转速的情况下分别执行步骤4.4；
步骤4.4，2分钟后开始采集数据，具体为，将转动平台进行顺时针、逆时针交替进行，顺时针和逆时针分别进行5次，每次旋转保持3分钟，并记录每次的角速度值
步骤4.5，处理采集数据；
步骤5，非线性标度标定，具体步骤如下：
步骤5.1，将陀螺仪一一可以旋转的测试转台上，所述测试转台可按照用户要求进行电动匀速旋转，然后将将陀螺仪一与数据采集器连接；
步骤5.2，记录周围环境状况，包括环境温度、相对湿度以及大气压力；
步骤5.3，启动仪器，15分钟后，启动转动平台，保持转速分别为5度/秒、10度/秒、15度/秒，并在保持三个不同转速的情况下分别执行步骤4.4；
步骤5.4，2分钟后开始采集数据，具体为，将转动平台进行顺时针、逆时针交替进行，顺时针和逆时针分别进行5次，每次旋转保持3分钟，并记录每次的角速度值：
步骤5.5，处理采集数据；非线性标度计算。
在上述的一种简易光纤陀螺仪性能参数标定方法，所述的步骤2中，温度影响可用变异系数来衡量，用来表示不同温度下，测量值的变化程度；
变异系数计算公式：
式中s——重复性标准差；
n——测量次数；
变异系数Cv。
在上述的一种简易光纤陀螺仪性能参数标定方法，所述的步骤4中，标度因数计算具体方法为：设
为第i次的光纤陀螺仪输出的平均值，此时输入角速度为wi，标度因数绝对值计算方法见公式：
其中Gij为第i次测试陀螺仪输出的第j个值，N为采样个数；
转台静止时陀螺输出的平均值为：
公式4
其中M为测量次数，
为静止状态零值；
则第i次角速度为wi时陀螺仪输出值为：
建立光纤仪输入输出关系的线性模型：
其中：K为标度因数，Vi为拟合误差；此公式通过最小二乘求解即可得到相关参数。
在上述的一种简易光纤陀螺仪性能参数标定方法，所述的步骤5中，非线性标度计算是将数据按照标度因数计算过程处理，用拟合直线表示光纤陀螺仪输入输出关系基于公式，即：
其中K为标度因数，wi为第i次角速度；
光纤陀螺仪输出特性的逐点非线性偏差：
公式8
则标度因数非线性度为：
因此，本发明具有如下优点：简单、易于操作。
附图说明
附图1是本发明的陀螺仪稳定时差标定的结构示意图；
附图2是本发明的温度性能标定的结构示意图；
附图3是本发明的零偏性能标定的结构示意图；
附图4是本发明的标度因数标定的结构示意图；
附图5是本发明的非线性标度标定的结构示意图；
附图6是本发明的陀螺仪稳定时差标定的测试结果示意图；
附图7是本发明的零偏性能标定的测试结果示意图；
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，防震平台1固定结构件2、陀螺仪一3、陀螺仪二4、数据采集器5、
实施例：
1.陀螺仪稳定时差标定，具体操作步骤如下
所谓启动稳定时差标定，就是标定仪器从启动，到到达稳定工作状态所需要的时间。任何传感器在开始启动后都需要一定的时间进入稳定工作的状态，这个时间是评判设备是否进入正常工作的重要标准。
测试环境：
环境温度：25℃±5℃
相对湿度：20％～80％
大气压力：85KPa～105KPa
1、防震平台
2、固定结构件
3、陀螺仪一
4、陀螺仪二
5、数据采集器
步骤：
1、设备以及结构件固定安装
2、记录周围环境状况
3、启动仪器，连续采集数据1小时
4、关闭仪器，冷置0.5小时，重复步骤3，反复5次
5、处理采集数据
稳定时差计算：
根据测量结果可形成如下表格，其中X轴代表采集时间，Y轴代表陀螺仪测量数值。
当陀螺仪测量值在一段时间后，稳定于在某一区间大小为0.0003内即可。陀螺仪到达此稳定状态的时间，即启动稳定时差。
2.温度性能标定：
用来测量不同的温度下，对陀螺仪数值的影响。主要是为了测试陀螺仪对不同环境的适应程度。
步骤：
<一>静态测试(转台静止)
1、将设备按照图示连接完成
2、将温度控制箱调制常温下，打开陀螺仪，等待15分钟后开始测试。
3、分别按照-30℃、-25℃、-15℃、-5℃、5℃、15℃、25℃、35℃、40℃、45℃等温度测试，每一个温度分别测试15分钟。
4、处理采集数据。
<二>动态测试(转台固定速度转动)
1、将设备按照图示连接完成
2、将温度控制箱调制常温下，打开陀螺仪，等待15分钟后，打开转台，待转台转速稳定后，开始采集数据。
3、分别按照-30℃、-25℃、-15℃、-5℃、5℃、15℃、25℃、35℃、40℃、45℃等温度测试，每一个温度分别测试15分钟。
4、处理采集数据。
温度影响计算：
温度影响可用变异系数来衡量，用来表示不同温度下，测量值的变化程度。
变异系数计算公式：
公式2
式中s——重复性标准差；
n——测量次数。
变异系数Cv
3.零偏性能标定：
零偏，指在静止状态下偏离零值的大小。通过了解陀螺仪自身的特性，陀螺仪在工作中会产生很小的零偏，经过长时间的累积，这个零偏仅仅会发生微小的变化，为了防止计算是不考虑零偏带来的误差，我们需要将零偏求出并纳入计算。
静态测试陀螺仪在长时间静止状态下的输出值的均值，来得到陀螺仪自身的零偏，为后续计算提供更有力的计算依据。
测试环境：
环境温度：25℃±5℃
相对湿度：20％～80％
大气压力：85KPa～105KPa
图示：
步骤：
1、设备以及结构件固定安装
2、记录周围环境状况
3、启动仪器，15分钟后，开始连续采集数据1小时
4、关闭仪器，重复步骤3，反复5次
5、处理采集数据
零偏计算：
测量结果如下：
零偏值即用该段时间内采集的均值来衡量。
4.标度因数标定：
标度因数K(scalefactor)是用来衡量陀螺仪的精准度的参数。
测试环境：
环境温度：25℃±5℃
相对湿度：20％～80％
大气压力：85KPa～105KPa
步骤：
1、设备以及结构件固定安装，陀螺仪固定与平台转轴位置
2、记录周围环境状况
3、启动仪器，15分钟后，启动转动平台，2分钟后转台转速平稳，开始采集数据
4、正转、反转交替进行，分别进行5次
5、调整3个不同的转速，重复3、4步骤
6、处理采集数据
标度因数计算：
设
为第i次的光纤陀螺仪输出的平均值，此时输入角速度为wi，标度因数绝对值计算方法见公式：
其中Gij为第i次测试陀螺仪输出的第j个值，N为采样个数。
转台静止时陀螺输出的平均值为：
公式4
其中M为测量次数，
为静止状态零值。
则第i次角速度为wi时陀螺仪输出值为：
建立光纤仪输入输出关系的线性模型：
其中：K为标度因数，Vi为拟合误差。此公式通过最小二乘求解即可得到相关参数。
另外，标度因数的稳定性参数，则需要多次测量，通过变异系数公式计算得到。
5.非线性标度标定：
非线性标度是衡量陀螺仪精确度的另外一种方式。
测试环境：
环境温度：25℃±5℃
相对湿度：20％～80％
大气压力：85KPa～105KPa
步骤：
1、设备以及结构件固定安装，陀螺仪固定与平台转轴位置
2、记录周围环境状况
3、启动仪器，15分钟后，启动转动平台，2分钟后转台转速平稳，
开始采集数据
4、正转、反转交替进行，分别进行5次
5、调整3个不同的转速，重复3、4步骤
6、处理采集数据
非线性标度计算：
将数据按照标度因数计算过程处理，用拟合直线表示光纤陀螺仪输入输出关系见公式，即：
其中K为标度因数，wi为第i次角速度。
光纤陀螺仪输出特性的逐点非线性偏差：
则标度因数非线性度为：
另外，标度因数的稳定性参数，则需要多次测量，通过变异系数公式计算得到。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (4)
1.一种简易光纤陀螺仪性能参数标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，陀螺仪稳定时差标定，具体操作步骤如下：
步骤1.1，将陀螺仪1和陀螺仪2通过固定结构件固定在一防震平台上，并将陀螺仪1和陀螺仪2与数据采集器连接：
步骤1.2，记录周围环境状况，包括环境温度、相对湿度以及大气压力；
步骤1.3，启动仪器，并连续采集数据1小时；
步骤1.4，关闭仪器，冷置0.5小时，重复步骤1.3，反复5次；并记录每次的角速度值。
步骤1.5，处理采集数据；
步骤2，温度性能标定，即测量不同的温度下，对陀螺仪数值的影响，具体操作步骤如下：
步骤2.1，将陀螺仪1和陀螺仪2置于一温度控制箱内，并将该温度控制箱固定在一可以旋转的测试转台上，所述测试转台可按照用户要求进行电动匀速旋转，然后将将陀螺仪1和陀螺仪2与数据采集器连接；
步骤2.2，对陀螺仪1和陀螺仪2进行静态测试，具体操作步骤如下：
步骤2.21，保持转台静止，将温度控制箱调制常温下，打开陀螺仪，等待15分钟后开始测试；
步骤2.22，分别按照-30℃、-25℃、-15℃、-5℃、5℃、15℃、25℃、35℃、40℃、45℃温度测试，每一个温度分别测试15分钟，并记录每个温度段的角速度值。
步骤2.23，处理采集数据；
步骤2.3，对陀螺仪1和陀螺仪2进行动态测试，具体操作步骤如下：
步骤2.31，将温度控制箱调制常温下，打开陀螺仪，等待15分钟后，打开转台，保持转台速度为10度/秒。
步骤2.32，分别按照-30℃、-25℃、-15℃、-5℃、5℃、15℃、25℃、35℃、40℃、45℃温度测试，每一个温度分别测试15分钟；并记录每个温度段的角速度值。
步骤2.33，处理采集数据。
步骤3，零偏性能标定，具体性操作步骤如下：
步骤3.1，将陀螺仪1和陀螺仪2通过固定结构件固定在一防震平台上，并将陀螺仪1和陀螺仪2与数据采集器连接：
步骤3.2，记录周围环境状况，包括环境温度、相对湿度以及大气压力；
步骤3.3，启动仪器，并连续采集数据1小时；
步骤3.4，关闭仪器，冷置0.5小时，重复步骤1.3，反复5次；并记录每次的角速度值。
步骤3.5，处理采集数据；
步骤4.标度因数标定，具体性操作步骤如下：
步骤4.1，将陀螺仪1一可以旋转的测试转台上，所述测试转台可按照用户要求进行电动匀速旋转，然后将将陀螺仪1与数据采集器连接；
步骤4.2，记录周围环境状况，包括环境温度、相对湿度以及大气压力；
步骤4.3，启动仪器，15分钟后，启动转动平台，保持转速分别为：5度/秒、10度/秒、15度/秒，并在保持三个不同转速的情况下分别执行步骤4.4；
步骤4.4，2分钟后开始采集数据，具体为，将转动平台进行顺时针、逆时针交替进行，顺时针和逆时针分别进行5次，每次旋转保持3分钟，并记录每次的角速度值
步骤4.5，处理采集数据；
步骤5，非线性标度标定，具体步骤如下：
步骤5.1，将陀螺仪1一可以旋转的测试转台上，所述测试转台可按照用户要求进行电动匀速旋转，然后将将陀螺仪1与数据采集器连接；
步骤5.2，记录周围环境状况，包括环境温度、相对湿度以及大气压力；
步骤5.3，启动仪器，15分钟后，启动转动平台，保持转速分别为5度/秒、10度/秒、15度/秒，并在保持三个不同转速的情况下分别执行步骤4.4；
步骤5.4，2分钟后开始采集数据，具体为，将转动平台进行顺时针、逆时针交替进行，顺时针和逆时针分别进行5次，每次旋转保持3分钟，并记录每次的角速度值：
步骤5.5，处理采集数据；非线性标度计算：
2.根据权利要求1所述的一种简易光纤陀螺仪性能参数标定方法，其特征在于，所述的步骤2中，温度影响可用变异系数来衡量，用来表示不同温度下，测量值的变化程度。
变异系数计算公式：
式中s——重复性标准差；
——第i次测量结果的均值；
——所有测量结果的算术平均值；
n——测量次数。
变异系数Cv。
3.根据权利要求1所述的一种简易光纤陀螺仪性能参数标定方法，其特征在于，所述的步骤4中，标度因数计算具体方法为：设为第i次的光纤陀螺仪输出的平均值，此时输入角速度为wi，标度因数绝对值计算方法见公式：
其中Gij为第i次测试陀螺仪输出的第j个值，N为采样个数。
转台静止时陀螺输出的平均值为：
其中M为测量次数，
为静止状态零值。
则第i次角速度为wi时陀螺仪输出值为：
公式5
建立光纤仪输入输出关系的线性模型：
公式6
其中：K为标度因数，Vi为拟合误差。此公式通过最小二乘求解即可得到相关参数。
4.根据权利要求1所述的一种简易光纤陀螺仪性能参数标定方法，其特征在于，所述的步骤5中，非线性标度计算是将数据按照标度因数计算过程处理，用拟合直线表示光纤陀螺仪输入输出关系基于公式，即：
其中K为标度因数，wi为第i次角速度。
光纤陀螺仪输出特性的逐点非线性偏差：
公式8
则标度因数非线性度为：
公式9
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110272478A CN102322874A (zh) | 2011-09-15 | 2011-09-15 | 一种简易光纤陀螺仪性能参数标定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201110272478A CN102322874A (zh) | 2011-09-15 | 2011-09-15 | 一种简易光纤陀螺仪性能参数标定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102322874A true CN102322874A (zh) | 2012-01-18 |
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|---|---|---|---|
| CN201110272478A Pending CN102322874A (zh) | 2011-09-15 | 2011-09-15 | 一种简易光纤陀螺仪性能参数标定方法 |
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