光纤陀螺动态特性测试方法研究

作     者：刘华兵 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李绪友

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 

主      题：光纤陀螺 动态特性 标度因数 摇摆运动 动态误差 

摘      要：随着光纤陀螺应用范围的不断扩大以及对导航精度的要求越来越高,对于工程上实用的光纤陀螺来说,良好的动态性能是其必不可少的条件,尤其是工作在动态环境下的光纤陀螺而言,载体的角运动势必会引起陀螺的输出误差,从而影响陀螺的导航精度。所以本文主要针对光纤陀螺的动态性能进行深入研究,主要从动态模型建立、动态特性的测试方法以及动态误差补偿算法这几个方面着重分析。首先,本文阐述了光纤陀螺的基本概况以及国内外有关陀螺动态特性研究与发展现状,并阐明了光纤陀螺动态特性的研究目的、意义和本文的主要研究内容。然后以干涉式光纤陀螺为研究对象,掌握了解它的工作原理和主要性能指标,重点分析光纤陀螺各电路模块的功能及物理意义,建立光纤陀螺动态误差模型和闭环传递函数,仿真分析不同的角运动激励对陀螺输出的影响。并简要介绍有关光纤陀螺动态性能测试的相关内容。其次,由于动态环境下标度因数的精度对陀螺输出精度起着决定性的作用,基于此研究了标度因数的测试方法,在角速率测试的基础上提出了角增量测试标度因数,通过实验对比分析,发现角增量法比角速率测试的标度因数精度要高一些。从光纤陀螺的基本工作原理出发分析了标度因数的误差机理,尤其是温度对标度因数的影响,通过建立温度误差模型,采用软件补偿的方法提高标度因数的精度,从而提高陀螺的输出精度。再次,研究光纤陀螺的动态性能。基于摇摆运动下测试光纤陀螺的动态性能,研究频率法动态测试方案,主要从测试原理、测试步骤以及测试基准值的确定三个方面分析。然后根据动态测试方法对陀螺进行测试,得出单一摇摆和复合摇摆的测试结果,采用分周期法评价陀螺的动态性能,根据测试结果分析动态误差的主要组成部分。由于考虑到频率法测试时会存在一些误差影响因素,所以在频率法测试的基础上提出了增量法测试,对两种测试方法分别进行了实验验证发现都有自己的优点与不足。最后,分析光纤陀螺动态测试的结果。因为速率法测试得到的动态误差是随时间在改变的,所以在分析误差信号时采用了动态Allan方差法,即DAVAR法。根据DAVAR信号分析的基本原理,采用DAVAR法对动态误差信号进行分析,能够直观的看出误差信号的周期性及存在的突变因素。最后通过分析摇摆运动产生的动态误差机理,建立了动态误差补偿算法并标定误差系数,通过实验得到了验证。