[发明专利]一种基于MEMS辅助的增大高精度闭环光纤陀螺量程的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于MEMS辅助的增大高精度闭环光纤陀螺量程的方法。

背景技术

光纤陀螺是基于Sagnac效应的角速度传感器，具有全固态结构、抗冲击振动、动态范围大、频带宽、易于数字化实现等优点。高精度光纤陀螺也被广范应用于航空、航天、航海等各领域。然而随着光纤陀螺精度的提高，其动态范围将会下降，其根本原因在于闭环光纤陀螺工作在第一级干涉条纹对应的角速度范围内，当精度上升时，第一级干涉条纹对应的角速度下降，此时如果输入角速度对应的Sagnac相移超出第一级条纹，且存在较大的角加速度，光纤陀螺的输出将存在较大的误差，这影响了其在某些对陀螺动态范围要求较高领域的应用。

目前扩大光纤陀螺动态范围的方法有三种。第一种是双敏感环法，通过外加一个高量程、低灵敏度的从光纤陀螺来提高主光纤陀螺的量程，但这种方法实际操作比较困难，不易实现，且增加了系统的成本。第二种方法是基于单级干涉条纹的动态范围扩展，它是通过增大系统带宽来提高系统的最大角加速度。该方法要求陀螺启动时在第一级干涉条纹中，同时，闭环工作中，最大输入角加速度不能超出一定值，限制了其实际应用。第三种方法是利用数字锁相环技术来扩大开环光纤陀螺动态范围。但该方法仅仅能够应用于开环光纤陀螺，使得开环光纤陀螺具备与闭环光纤陀螺类似的动态范围，并不能满足高精度闭环光纤陀螺的要求。

近几年，微机电技术迅速发展，MEMS陀螺也随之发展起来，MEMS陀螺拥有功耗低、体积小、成本低、测量范围大、抗冲击振动能力强等优点，量程可以达到±1500°/s,可以应用在车载与手机这些环境复杂的高转速设备中。虽然MEMS陀螺的偏差漂移相对于光纤陀螺大的多，但其输出精度可以满足判断高精度光纤陀螺检测干涉级数与真实干涉级数差值的需求。且MEMS陀螺体积较小，安装简便，对原有高精度光纤陀螺的结构影响小，故可以利用MEMS陀螺体积小和大量程的特点来校正高精度光纤陀螺的高转速误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种拓宽高精度光纤陀螺的应用范围的基于MEMS辅助的增大高精度闭环光纤陀螺量程的方法。

本发明的目的是这样实现的：

步骤一：将MEMS陀螺仪和高精度闭环光纤陀螺仪同轴安装，敏感输入角速度；

步骤二：利用闭环数字相位阶梯波调制解调检测方法，获得高精度闭环光纤陀螺仪输出角速率；

步骤三：采集MEMS陀螺仪输出角速率；

步骤四：在角速率输出修正装置中，将MEMS陀螺输出角速率Ω_MEMS与高精度闭环光纤陀螺输出角速率Ω_测作比较，并依据比较结果，修正光纤陀螺高精度闭环光纤陀螺输出，修正依据如下：

令X＝Ω_MEMS-Ω_测，

当-Ω_π＜X＜Ω_π时，则Ω_out＝Ω_测；

当Ω_π＜X＜Ω_3π时，则Ω_out＝Ω_测+2Ω_π；

当-Ω_3π＜X＜-Ω_π时，则Ω_out＝Ω_测-2Ω_π；

……

当Ω_(2m-1)π＜X＜Ω_(2m+1)π时，则Ω_out＝Ω_测+2mΩ_π；

当-Ω_(2m+1)π＜X＜-Ω_(2m-1)π时，则Ω_out＝Ω_测-2mΩ_π。

其中m为正整数值，Ω_out为修正后光纤陀螺仪输出角速率；

所述的高精度光纤陀螺为零偏稳定性优于0.001°/h的光纤陀螺，其测量范围为一般小于±50°/s；

所述的MEMS陀螺测量范围一般可以达到±1500°/s；

所述的方法能够扩展高精度闭环光纤陀螺量程至±1500°/s以上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：