[发明专利]光纤陀螺仪的动态特性快速测试标定方法

权利要求书

1.光纤陀螺仪的动态特性快速测试标定方法，其特征是在光纤陀螺数字闭环信号处理过程中引入附加调制相位，来模拟外部载体转动引起的光学非互易性Sagnac相位，得到电压调制相位测试系统，在此基础上建立电压与外部角速率的分析模型，分段调制相位电压，模拟外部载体不等的运动角速率，测试光纤陀螺的最大量程，依据光纤陀螺的最小分辨率及最大量程，得出动态范围，并计算标度因数，得到光纤陀螺标度因数的非线性度、不对称性和重复性，完成光纤陀螺仪的动态特性快速测试标定。

2.根据权利要求1所述的光纤陀螺仪的动态特性快速测试标定方法，其特征是包括以下步骤：

1)建立光纤陀螺动态特性系统，系统由调制相位电压控制器、三套被测光纤陀螺、数据录取设备及数据分析系统组成，三套被测光纤陀螺置于固定平台，光纤陀螺输出数据按照串行数据格式输出至数据录取单元，然后由数据录取单元将不同调制电压对应的转速数据传至数据分析系统，各光纤陀螺的电光调制信号线分别引出，连接至调制相位电压控制器，测试标定前对光纤陀螺充分预热，进入步骤2)；

2)设置调制相位电压控制器输出电压为零值，分别记录三套光纤陀螺输出数值：F₁₀，F₂₀，F₃₀；

3)设置调制相位电压控制器输出电压，输出电量逐步增大，电压增大量具有等间隔，直至超过光纤陀螺的集成光学芯片的半波电压，共输出n个电压值，分别记录三套光纤陀螺对应不同电压量值时的输出数值为F₁₁，F₁₂，...F_1n；F₂₁，F₂₂，...F_2n；F₃₁，F₃₂，...F_3n；

4)对光纤陀螺断电十分钟，再重新上电，预热之后，设置调制相位电压控制器输出电压为零值，分别记录三套光纤陀螺输出数值为NF₁₀，NF₂₀，NF₃₀，设置调制相位电压控制器输出电压为步骤3)中输出电压值的反向电压，共n个电压值，输入电压按从小到大的顺序变化，分别记录三套光纤陀螺对应不同电压量值时的输出数值为NF₁₁，NF₁₂，...NF_1n；NF₂₁，NF₂₂，...NF_2n；NF₃₁，NF₃₂，...NF_3n；

5)依据步骤3)和步骤4)所记录的三套光纤陀螺对应不同电压量值时的输出数值确定出光纤陀螺的量程，按照标度因数计算公式得出光纤陀螺的标度因数；

6)依据光纤陀螺的最小分辨率及最大量程，得出动态范围，分析标度因数计算结果，评估光纤陀螺的标度因数非线性度、不对称性和重复性。

3.根据权利要求2所述的光纤陀螺仪的动态特性快速测试标定方法，其特征是步骤3)中记录的三套光纤陀螺对应不同电压量值时的输出数值扣除光纤陀螺启动之前的初始数据F₁₀，F₂₀，F₃₀，再求出不同电压输入下三套光纤陀螺仪输出的平均值；步骤4)中记录三套光纤陀螺对应不同电压量值时的输出数值后扣除初始数据NF₁₀，NF₂₀，NF₃₀，再求出不同反转输入电压下三套光纤陀螺仪输出的平均值。

4.根据权利要求3所述的光纤陀螺仪的动态特性快速测试标定方法，其特征是标度因数计算方法为：

设为第j个输入电压时光纤陀螺仪输出数据的平均值，F_jt为光纤陀螺仪在第j个输入电压时的第t个输出值；为测试开始时，光纤陀螺仪输出的平均值；N为数据采样个数，标度因数计算方法见公式(1)～(11)：

F‾j=1NΣt=1NFjt---(1)]]>

Fj=F‾j-F‾zero---(2)]]>

建立光纤陀螺仪输入输出关系的线性模型：

F_j＝K·V_ij+F₀+Δ_j                (3)

其中，K为标度因数；F₀为拟合零位；Δ_j为拟合误差；

采用第i个光纤陀螺在n组不同电压V_ij下的数值F_j，用最小二乘法求K、F₀：

K=Σj=1nVij·Fj-1nΣj=1nVij·Σj=1nFjΣj=1nVij2-1n(Σj=1nVij)2---(4)]]>

F0=1nΣj=1nFj-KnΣj=1nVij---(5)]]>

标度因数非线性度计算为：

用拟合直线表示光纤陀螺仪输入输出关系，如下：

F^j=K·Vij+F0---(6)]]>

其中，为第j个输入电压V_ij所对应拟合直线上计算的光纤陀螺仪输出值；

按公式(7)计算光纤陀螺仪输出特性的逐点非线性偏差：

αj=F^j-Fj|Fm|---(7)]]>

其中，F_m为光纤陀螺仪输出的单边幅值；

按公式(8)计算标度因数非线性度：

K_n＝max|α_j|                (8)

标度因数不对称性计算方法：

分别求出正电压、反转电压范围内光纤陀螺仪标度因数及其平均值，计算标度因数不对称性：

Kα=|K(+)-K(-)|K‾---(9)]]>

K‾=K(+)+K(-)2---(10)]]>

其中，K₍₊₎为正电压输入范围内光纤陀螺仪标度因数；K_(-)为反电压输入范围内光纤陀螺仪标度因数；K_α为标度因数不对称性；为标度因数平均值；

标度因数重复性计算方法：

重复6次以上测试光纤陀螺仪标度因数，两次测试之间光纤陀螺仪关机冷却至室温；

按公式(11)计算标度因数重复性K_r：

Kr=1K‾[1(Q-1)Σi=1Q(Ki-K‾)2]12---(11)]]>

其中，Q为重复测试次数。