，利用计算机将阶跃响应数据 进行采集，便可得到光纤陀螺阶跃响应数据。然后通过计算机对光纤陀螺的阶跃响应进行 差分运算得到光纤陀螺的脉冲响应，再通过快速傅里叶变换便可得到光纤陀螺的频率响应 特性，由此即可得到光纤陀螺的幅频特性、相频特性、带宽等性能指标。
[0025] 按照本发明进行光纤陀螺频率特性测试的步骤为：
[0026] (1)输入阶跃信号，产生相位差
[0027] 在反馈阶梯波上叠加固定台阶高度的阶梯波，以在光纤陀螺的敏感环路内正反方 向传播的两束光之间产生与外界转速阶跃输入相等效的相位差。阶梯波的台阶高度应具有 足够大的码值，以使得测试结果具有相应的较高的幅值分辨率。一般可选择使台阶高度等 效为10° /s左右的转速即可。通过这种方式产生与外界转速输入相等效的相位差，可以达 到比用传统的突停转台的方法更优的效果，即用本方法一方面可精确获得阶跃响应的起始 时间，有利于后续进行相频特性分析，另一方面可以使产生的相位差为一种理想的阶跃信 号，不存在用突停转台时产生的过渡时间，有利于提高后续得到的幅频特性的精度。
[0028] (2)将陀螺的阶跃响应进行高速输出
[0029] 通常用户对光纤陀螺的数据更新率要求较低，一般约为数百Hz，而在本发明中，为 了使光纤陀螺频率特性测试结果具有更高的频率分辨率，提高了光纤陀螺数据更新速率， 即将光纤陀螺每个控制周期(约为数微秒）的速率值进行输出。因此，在本发明中，阶跃响 应数据的采样频率达到几十KHz到数百KHz (因光纤环长度不同产生差异)。由于阶跃响应 数据采样频率足够高，使得本发明能够全部覆盖光纤陀螺带宽测试的频率范围，并使得频 率特性的测试结果具有较高的频率分辨率。一般光纤陀螺在与计算机进行通信时，会将一 定时间段内所测得的数据进行滤波处理，然后再将数据进行输出，数据的更新率一般在数 百Hz，即光纤陀螺每隔数毫秒与计算机进行一次通信。在本发明中，对光纤陀螺与计算机之 间的通信方式进行了修改，省去光纤陀螺数据输出之前的滤波处理环节，即将光纤陀螺在 每一个控制周期所测数据进行直接输出。同时，对数据输出格式也进行了简化，即光纤陀螺 高速输出的数据包中仅包含光纤陀螺所测的速率数据，省去了通常情况下所包含的温度数 据、陀螺编号等数据。通过这种方式，实现了光纤陀螺对阶跃响应数据的高速输出。
[0030] (3)用计算机数据采集系统将光纤陀螺的阶跃响应数据进行采集并进行存储，以 得到光纤陀螺阶跃响应过程中每一个控制周期的响应值。由此便可得到光纤陀螺阶跃响应 整个过程的响应数据h (n)，如图3所示。所得的数据为一维数组形式，表征了光纤陀螺的阶 跃响应在每一个控制周期的数据。
[0031] 步骤4 :得到光纤陀螺的脉冲响应
[0032] 根据线性系统理论，线性系统的脉冲响应函数是阶跃响应函数的导数，即 g⑴：石⑴..因此，得到系统的阶跃响应h(t)之后，对阶跃响应求导数就可以得脉冲响应 g(t)。在本发明中，由于所测光纤陀螺阶跃响应数据是离散的，因此，求导运算相应变为差 分运算，即用后一个周期的数据减去前一个周期的数据，即脉冲响应g(n) =h (n)-h (n-1)。
[0033] 用这种方法得到的光纤陀螺脉冲响应数据如图4所示；
[0034] 步骤5 :确定光纤陀螺的频率特性
[0035] 根据线性系统理论可知，系统的传递函数G(s)是单位脉冲响应函数g(t)的拉普 拉斯变换，频率响应函数G(j?)是单位脉冲响应函数g(t)的傅里叶变换。因此，对上述 步骤4中得到的光纤陀螺脉冲响应数据进行快速傅里叶变换，便可得到光纤陀螺的频率特 性，包括幅频特性(如图5)、相频特性(如图6)，从幅频特性曲线中找出幅度_3dB对应的频 率便可得到光纤陀螺的3dB宽度指标。通过这种方式与传统的通过较振动台进行多次试验 测试获得光纤陀螺频率特性的方法相比，具有更加快速、精确的优点。
【主权项】
1. 一种闭环光纤陀螺频率特性的测试方法，其特征在于：通过在光纤陀螺反馈阶梯波 上叠加固定台阶高度的阶梯波，产生与外界阶跃转速输入等效的相位差，得到光纤陀螺的 阶跃响应；对计算机高速采集到的光纤陀螺阶跃响应数据进行差分运算得到光纤陀螺的脉 冲响应，然后对脉冲响应进行快速傅里叶变换得到光纤陀螺的频率特性。
2. 根据权利要求1所述的闭环光纤陀螺频率特性的测试方法，其特征在于，具体步骤 如下：（1)首先通过光纤陀螺控制软件，在反馈阶梯波上叠加固定台阶高度的阶梯波，以在 光纤陀螺的敏感环路内正反方向传播的两束光之间产生与外界转速阶跃输入相等效的相 位差； (2) 通过光纤陀螺控制软件将陀螺的阶跃响应进行高速输出，使光纤陀螺阶跃响应数 据的采样时间与光纤陀螺控制周期相同； (3) 用计算机数据采集系统将光纤陀螺的阶跃响应数据进行采集，以得到光纤陀螺阶 跃响应过程中每一个控制周期的响应值； (4) 对光纤陀螺阶跃响应数据进行差分、快速傅里叶变换等运算处理，得到光纤陀螺的 频率特性，包括幅频特性、相频特性以及频带宽度。
3. 根据权利要求1所述的闭环光纤陀螺频率特性的测试方法，其特征在于，数据采样 频率为微秒量级，能覆盖光纤陀螺高达数KHz甚至十KHz频率特性测试范围，使光纤陀螺阶 跃响应数据的采样时间与被测光纤陀螺的控制周期相同。
【专利摘要】本发明公开了一种测量闭环光纤陀螺频率特性的测试方法。本发明在反馈数字阶梯波中叠加固定台阶高度的阶梯波信号，使得在光纤环中按正反方向传播的两束光之间产生相位的阶跃输入；将每一个控制周期光纤陀螺的转速值输出；由信号采集系统采集光纤陀螺的输出，阶跃响应的采样时间与陀螺控制周期相同；对光纤陀螺的阶跃响应过程进行差分便可得到陀螺的脉冲响应，最后对陀螺的脉冲响应进行快速傅里叶变换便得到陀螺的幅频特性和相频特性曲线，由陀螺频率特性曲线便可得到陀螺的带宽大小。本方法无需借助传统的实际测试设备，操作简单，测量范围大，测量精度高，能够满足高带宽闭环光纤陀螺频率特性和带宽的自主、快速、精确测试。
【IPC分类】G01C19-72, G01C25-00
【公开号】CN104713575
【申请号】CN201310675756
【发明人】罗瑞, 高鑫, 周原, 谢良平
【申请人】中国航空工业第六一八研究所
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月11日