CN110763220A - 一种基于温度补偿的激光陀螺自主选模方法 - Google Patents

一种基于温度补偿的激光陀螺自主选模方法 Download PDF

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李淑英
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Abstract

本发明公开了一种基于温度补偿的激光陀螺自主选模方法，对激光陀螺扫模得到扫模曲线；通过扫模曲线确定激光陀螺模态的数量并对中间模态及相邻两个模态进行性能测试，选择精度最高的模态作为激光陀螺的最优模态；在全温度范围内测试不同温度下最优模态启动时所对应的稳频驱动控制电压并建立温度与稳频驱动控制电压的数学模型；对激光陀螺再次上电，采集激光陀螺的温度并根据数学模型选择最优模态的稳频驱动控制电压，使激光陀螺稳定在最优模态。其能够提高激光陀螺在全温度范围内应用精度。

Description

一种基于温度补偿的激光陀螺自主选模方法
技术领域
本发明属于惯性导航技术领域，涉及一种基于温度补偿的激光陀螺自主选模方法。
背景技术
激光陀螺作为高精度角速度光学敏感的惯性器件，已经广泛应用在航天、航空等载体的捷联惯性组合中。激光陀螺测量精度对捷联惯性组合的导航精度具有重要的作用。目前随着对载体导航精度要求的日益提高，对激光陀螺的精度，特别在激光陀螺在全温度环境下的精度提出越来越高的要求。
激光陀螺是基于Sagnac效应，内部有环形谐振腔，腔内充满氦氖气体。在高压电路的作用下，环形谐振腔内产生顺时针和逆时针两反向的行波，利用行波的拍频正比于外部输入转速的特点，通过对拍频的测量获知陀螺相对于惯性空间的转速。通常将激光陀螺谐振腔内存在的行波，称作腔的纵模。激光陀螺谐振腔的腔长改变时，模态也会发生变化，从而影响激光陀螺的性能。当激光陀螺工作时，周围环境温度的起伏，激光管的发热及机械振动都会引起谐振腔长度的变化，从而引起模态的变化。激光陀螺的高精度测量，需要工作在单纵模行波状态下，激光陀螺稳频控制电路用来控制激光陀螺的谐振腔腔长，使其工作在单纵模状态下，确保性能稳定。
激光陀螺的模态影响其性能的稳定性，通常激光陀螺有5～8个模态，不同的模态之间性能会存在差异。激光陀螺的稳频控制电路完成扫模，选模和控制模态稳定的功能。目前稳频控制电路都是选择中间模态并通过控制电路稳定在该模态上。但在高精度应用场合，激光陀螺的中间模态性能可能不是最优，且在全温度范围内工作时，不同温度工作环境下的中间模态可能不是同一个模态，从而导致在全温度范围内工作时，激光陀螺的稳定性变化较大，无法满足高精度的应用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高激光陀螺在全温度范围内应用精度的基于温度补偿的激光陀螺自主选模方法。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于温度补偿的激光陀螺自主选模方法，包括以下步骤：
步骤1：对激光陀螺扫模，得激光陀螺的扫模曲线；通过扫模曲线确定激光陀螺模态的数量；
步骤2：通过扫模曲线选择激光陀螺的中间模态及相邻的两个模态并对中间模态及相邻的两个模态进行性能测试，选择精度最高的模态作为激光陀螺的最优模态；
步骤3：采用带温度采集的稳频控制电路在全温度范围内测试激光陀螺不同温度下最优模态启动时所对应的稳频驱动控制电压，建立温度与最优模态的稳频驱动控制电压的数学模型；
步骤4：对激光陀螺再次上电，采用带温度采集的稳频控制电路采集再次上电时激光陀螺的温度，根据温度与最优模态的稳频驱动控制电压的数学模型，选择最优模态的稳频驱动控制电压，使激光陀螺稳定在最优模态。
进一步的，步骤3中全温度范围为-30～50℃。
进一步的，步骤3中每10℃为一个温度检测点。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的一种基于温度补偿的激光陀螺自主选模方法，本发明通过对激光陀螺进行扫模确定激光陀螺的中间模态及相邻的两个模态并对中间模态及相邻的两个模态进行性能测试，选择精度最高的模态并作为激光陀螺的最优模态，确定了激光陀螺的最优模态；同时建立了全温度范围内不同温度状态下激光陀螺最优模态的温度与稳频驱动控制电压的数学模型，通过采集到的激光陀螺上电时的温度，选择相应的稳频驱动控制电压，从而使激光陀螺始终稳定在最优模态上，实现最高精度的模态的选择，提高了激光陀螺在全温度范围内应用精度，在确保激光陀螺精度的同时，又可实现全温度范围内工作环境下激光陀螺的自主选模，提高了激光陀螺的环境适应性。
附图说明
图1为基于温度补偿的自主选模流程图；
图2为激光陀螺驱动控制电压扫模过程图；
图3为激光陀螺的扫模曲线图。
具体实施方式
下面给出具体的实施例。
一种基于温度补偿的激光陀螺自主选模方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：如图2和图3所示，激光陀螺初次上电对激光陀螺进行扫模，得包括多个模态的激光陀螺的扫模曲线；通过扫模曲线能够确定激光陀螺模态的数量及不同模态对应的稳频控制电压值；
步骤2：通过扫模曲线选择激光陀螺的中间模态及与中间模态相邻的两个模态，对中间模态及相邻的两个模态进行性能测试并对精度进行比对，然后选择精度最高的模态作为激光陀螺的最优模态，记录最优模态所对应的稳频驱动控制电压；
步骤3：采用带温度采集的稳频控制电路在全温度范围内测试激光陀螺不同温度下最优模态启动时所对应的稳频驱动控制电压，建立温度与最优模态的稳频驱动控制电压的数学模型；
步骤4：对激光陀螺再次上电，采用带温度采集的稳频控制电路采集再次上电时激光陀螺的温度，根据温度与最优模态的稳频驱动控制电压的数学模型，选择相应温度下最优模态的稳频驱动控制电压，使激光陀螺稳定在最优模态。
对上述步骤需要说明的是，将本发明所提出的方法应用到激光陀螺中时，需要设计带温度采集的稳频控制电路，具体是在现有的稳频控制电路中增加激光陀螺温度采集电路，使该稳频控制电路能够实时采集并读取激光陀螺的温度。
为了表明本发明对激光陀螺性能的改善，作为本发明的对比方法，选择了目前常用的激光陀螺稳频控制方法，即在激光陀螺上电后，将稳频驱动控制电压设定在中间模态上；然后再选择本发明所提出的基于温度补偿的自主选模方法，分别将两种方法应用到某90型激光陀螺中，对模态进行选择；然后在-30～50℃的全温度范围内每10℃为一个温度检测点对标度因数稳定性进行比对，比对结果如表1所示。
表1对比结果
Figure BDA0002264349710000051
从表1可知，本发明的基于温度补偿的自主选模方法，将激光陀螺在全温度范围内的标度因数稳定性从4.05×10-6提高到9.58×10-7，精度提高了约一倍，可以确保激光陀螺在全温度内的精度，提高激光陀螺的环境适应性，验证结果证明了本发明的有效性。

Claims (3)

1.一种基于温度补偿的激光陀螺自主选模方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对激光陀螺扫模，得激光陀螺的扫模曲线；通过扫模曲线确定激光陀螺模态的数量；
步骤2：通过扫模曲线选择激光陀螺的中间模态及相邻的两个模态并对中间模态及相邻的两个模态进行性能测试，选择精度最高的模态作为激光陀螺的最优模态；
步骤3：采用带温度采集的稳频控制电路在全温度范围内测试激光陀螺在不同温度下最优模态启动时所对应的稳频驱动控制电压，建立温度与最优模态的稳频驱动控制电压的数学模型；
步骤4：对激光陀螺再次上电，采用带温度采集的稳频控制电路采集再次上电时激光陀螺的温度，根据温度与最优模态的稳频驱动控制电压的数学模型，选择最优模态的稳频驱动控制电压，使激光陀螺稳定在最优模态。
2.根据权利要求1所述的一种基于温度补偿的激光陀螺自主选模方法，其特征在于，所述步骤3中全温度范围为-30～50℃。
3.根据权利要求2所述的一种基于温度补偿的激光陀螺自主选模方法，其特征在于，所述步骤3中每10℃为一个温度检测点。
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