本发明涉及一种基于多项式拟合技术的提高光纤陀螺零偏稳定性方法。属于惯性导航领域。
背景技术：
影响陀螺精度的因数有很多，其中关键之一就是陀螺零偏。光纤陀螺也不例外，然而相比较其它陀螺而言，光纤陀螺对温度更为敏感，尤其是对光纤陀螺零偏存在着较大影响，这也成为了光纤陀螺工程工程化应用的难题。
消除温度对光纤陀螺零偏的影响一般有两种方法，一是硬处理的物理方法，通过提高及改变光纤陀螺制造工艺，同时加装精确的温度控制系统等，但是该方法对硬件及相关工艺要求极高，目前超高精度光纤陀螺一般只存在于试验室的样机阶段；二是软处理的数学方法，该方法实现较为容易，但是补偿方法多样，难以量化，另外由于补偿时考虑的因素不够全面，修正结果不太理想。
本方法基于多项式拟合技术技术，从温度、温度梯度、温度变化率三个方面对光纤陀螺零偏进行了全面量化补偿修正，陀螺零偏稳定性大幅度提高。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种基于多项式拟合技术的提高光纤陀螺零偏稳定性方法，补偿了温度变化引起的陀螺零偏误差，减小了温度对陀螺零偏的影响，提高了陀螺精度。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种基于多项式拟合技术的提高光纤陀螺零偏稳定性方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、建立多项式拟合补偿模型
温度变化是影响光纤陀螺零偏精度的重要因素，温度对光纤陀螺零偏的影响主要表现在温度、温度变化率和温度梯度三个方面。
1、基于以上三方面因素，针对陀螺的温度漂移可采用多项式进行拟合建立模型结构如下式：
式中：
l----陀螺输出，单位°/h。
l0----陀螺启动后，前两分钟采样所得到的零偏输出，单位°/h。
t----陀螺敏温度，单位℃
δt----陀螺温度梯度，单位℃
dt/dt----陀螺温度变化率，单位℃/s
ai、bj、cj----多项式系数，
m、n----各温度因素的最高次幂。
2、模型多项式中的系数ai、bj、cj运用回归分析最小二乘法拟合。多项式模型可写为：
l-l0＝ta(2)
其中：
q为温度漂移模型的阶数，t为光纤陀螺温度矩阵，n为陀螺温度漂移数据个数。
3、不同温度下拟合出的系数是不同的，公式(1)中ai、bj、ck各系数满足如下关系：
步骤二、选取多项式拟合补偿参数
1、在实际使用时，对不同温度下的每个陀螺通过最小二乘计算，可得到系数aij(i＝1,2…q；j＝0,1,2,3)。将其固化在计算机的测试软件中。只要在陀螺启动后测出陀螺启动时的初始温度t0，即可根据公式(3)计算出该模型中各个系数。
2、然后根据各温度因素，利用多项式模型公式(1)估计当前陀螺的零偏，将该估计出的零偏扣除，即为补偿后的零偏。
优选地，本方法中，温度对光纤陀螺零偏影响补偿采用二阶或四阶补偿，温度梯度和温度变化率对光纤陀螺零偏影响补偿均采用一阶补偿。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明基于多项式拟合技术原理，建立了光纤陀螺零偏补偿数学模型，通过实验数据比对将模型中关键系数进行了量化，补偿了温度变化引起的陀螺零偏误差，减小了温度对陀螺零偏的影响，提高了陀螺精度。
附图说明
图1温度测试实验设备连接图。
图2温度对陀螺零偏影响的多项式拟合曲线。
图3温度连续变化时2、4阶多项式补偿曲线。
图4温度梯度与陀螺零偏关系。
图5温度、温度梯度、温度变化率2、4阶补偿曲线。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明涉及一种基于多项式拟合技术的提高光纤陀螺零偏稳定性方法，方法包括以下步骤：一是建立多项式拟合补偿模型；二是选取多项式拟合补偿参数。
二、实施过程
步骤一、建立多项式拟合补偿模型
1、基于以上三方面因素，针对陀螺的温度漂移可采用多项式进行拟合建立模型结构如下式：
式中：
l----陀螺输出，单位°/h。
l0----陀螺启动后，前两分钟采样所得到的零偏输出，单位°/h。
t----陀螺敏温度，单位℃
δt----陀螺温度梯度，单位℃
dt/dt----陀螺温度变化率，单位℃/s
ai、bj、cj----多项式系数，
m、n----各温度因素的最高次幂。
2、模型多项式中的系数ai、bj、cj运用回归分析最小二乘法拟合。多项式模型可写为：
l-l0＝ta(2)
其中：
q为温度漂移模型的阶数，t为光纤陀螺温度矩阵，n为陀螺温度漂移数据个数。
3、不同温度下拟合出的系数是不同的，公式(1)中ai、bj、ck各系数满足如下关系：
步骤二、选取多项式拟合补偿参数
1、在实际使用时，对不同温度下的每个陀螺通过最小二乘计算，可得到系数aij(i＝1,2…q；j＝0,1,2,3)。将其固化在计算机的测试软件中。只要在陀螺启动后测出陀螺启动时的初始温度t0，即可根据公式(3)计算出该模型中各个系数。
2、然后根据各温度因素，利用多项式模型公式(1)估计当前陀螺的零偏，将该估计出的零偏扣除，即为补偿后的零偏。
3、本方法中，温度对光纤陀螺零偏影响补偿采用二阶或四阶补偿，温度梯度和温度变化率对光纤陀螺零偏影响补偿均采用一阶补偿。上述参数为实验最佳参数。
实施例：
1、被测试的光纤陀螺为某型先进的高精度光纤陀螺，要求陀螺性能指标：零偏稳定性优于0.02°/h,标度因素稳定性优于10ppm。
测试硬件条件包括温控转台及配套设施，具体配置如下：
(1)温控转台
温度范围-20℃～+60℃；速度输出范围：0.01°/s～1000°/s；速率稳定性：1×10-4；温度稳定性：±0.5℃。
(2)配套测试设施
隔振地基，避免外部振动对光纤陀螺测试的干扰数据采集装置，用于陀螺数据的采集；转台控制计算机，用于转台的控制、陀螺数据的采集。
图1为温度实验设备连接图。2个温度传感器分别位于陀螺壳体的顶端与侧面，用于记录环境温度。陀螺启动后采集陀螺的输出及温度传感器的温度值，采样频率为每秒采样1次。
2、为了检验光纤陀螺的温度特性，根据实验方案安排了共8个固定温度的陀螺零偏测试。每一个固定温度都安排了4次实验，其中某次实验结果如表1所示。
表1不同固定温度陀螺零偏结果
根据表1数据，温度对光纤陀螺零偏的影响很大，必须进行修正补偿。
3、为综合分析陀螺零偏的温度特性，利用表1中数据，依据公式(1)进行多项式拟合及补偿。拟合结果如图2所示。
4、温度补偿最高至4阶，温度梯度补偿为1阶、温度变化率补偿为1阶。
(1)首先对温度的影响进行补偿。
表2温度变化实验一至四阶多项式补偿结果比较
从表2及图3可知，补偿后陀螺零偏的标准差都变小，其中二阶多项式补偿效果最好。
(2)在温度补偿基础上增加温度梯度1阶补偿后，陀螺零偏标准差结果如表3所示。
表3温度变化实验增加温度梯度补偿结果比较
从表3和图4可知，对同阶次的补偿结果改进较明显，其中增加温度差的二阶多项式补偿效果最好，标准差降为原值2/3。
(3)在考虑温度、温度梯度基础上，再次加入温度变化率对陀螺零偏的影响，陀螺零偏标准差结果如表4所示。
表4温度、温度梯度、温度变化率补偿效果比较
从表4和图5可以看出，通过“四阶多项式+温度差+温度变化率拟合”补偿效果明显，可将陀螺零偏标准差降至1/3，“二阶多项式+温度差+温度变化率拟合”的补偿效果同样较为明显。
4、本方法中，温度对光纤陀螺零偏影响补偿采用二阶或四阶补偿，温度梯度和温度变化率对光纤陀螺零偏影响补偿均采用一阶补偿。上述参数为实验最佳参数。。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。