一种热流途径在线识别的光纤陀螺温度误差建模补偿方法与流程

本发明属于光纤陀螺，特别涉及一种外界环境、热流途径在线识别的光纤陀螺温度误差建模与补偿方法。

背景技术：

1、近年来，干涉型数字闭环光纤陀螺仪发展迅速，应用系统对光纤陀螺在温度下的精度要求越来越高。而对于高精度光纤陀螺而言，由于“shupe”效应，当环境温度发生变化时，光纤陀螺的零漂将严重劣化，零偏稳定性会降低1-2个数量级。随着光纤陀螺向高精度领域的迅速迈进，减小“shupe”效应对零偏漂移的影响的方法，尤其是低成本、普适化的温度补偿方法，一直颇受青睐。

2、光纤陀螺通常使用单点温度传感器的补偿方案，但高精度光纤陀螺由于环长、直径和指标要求高，陀螺输出对温度更为敏感，需要采用诸如基于多点温度传感器的温度补偿方案。而在较为紧凑的高精度光纤陀螺内部贴附多个温度传感器，增加了设计难度和工艺复杂度。

3、此外，高精度光纤陀螺普遍使用无骨架环保证优良的温度和振动性能，考虑“shupe”误差引起的轴向和径向热致旋转速率误差，必须同时考虑光纤陀螺受热时的热流途径。

4、为此，需要提出一种外界环境、热流途径在线识别的光纤陀螺温度误差建模与补偿方法，提升高精度光纤陀螺温度建模和误差补偿的准确性和效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种热流途径在线识别的光纤陀螺温度误差建模补偿方法，解决了传统高精度光纤陀螺补偿精度低的技术问题，本发明可适用于不同输出协议的光纤陀螺，能够提升高精度光纤陀螺温度补偿效果。

2、为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种热流途径在线识别的光纤陀螺温度误差建模补偿方法，包括：

4、获取y波导半波电压与温度的关系式；

5、获取2π复位寄存器存储值与y波导半波电压的关系式；

6、将数字温度传感器安装于光纤环上shupe误差引起的热致旋转速率误差为极大值的位置处；

7、构建关于数字温度传感器输出和y波导处温度的光纤陀螺温度误差模型；

8、基于2π复位寄存器存储值与y波导半波电压的关系式，根据2π复位寄存器的实时存储值得到y波导的半波电压；

9、基于y波导半波电压与温度的关系式，根据所得y波导的半波电压得到y波导处的温度；

10、将数字温度传感器输出和y波导处的温度代入光纤陀螺温度误差模型，得到补偿值；

11、利用补偿值对光纤陀螺的输出进行补偿。

12、进一步的，设数字温度传感器的安装位置为a，光纤环中点为b，光纤环圆心为o，∠aob＝120°±5°。

13、进一步的，y波导的中心与光纤环圆心重合；

14、光纤陀螺数字电路上的发热器件相对于光纤环中点对称。

15、进一步的，光纤陀螺温度误差模型为：

16、

17、其中，yr为实时补偿值，a0、a1、a2、a3、a4为温度补偿系数，ttr为数字温度传感器实时输出，dttr为数字温度传感器温度变化率，tmor为y波导处的实时温度，(ttr-tmor)为数字温度传感器输出与y波导处温度的差值，d(ttr-tmor)为差值的变化率。

18、进一步的，根据热流途径不同，光纤陀螺温度误差模型分为光纤陀螺温度误差降温模型和光纤陀螺温度误差升温模型，两个模型中a0、a1、a2、a3、a4的值不同；

19、当ttr-tmor小于等于0时，判断热流途径为由外向内，将数字温度传感器输出和y波导处的温度代入光纤陀螺温度误差降温模型，得到补偿值；否则，判断热流途径为由内向外，将数字温度传感器输出和y波导处的温度代入光纤陀螺温度误差升温模型，得到补偿值。

20、进一步的，温度补偿系数a0、a1、a2、a3、a4通过对以下模型进行拟合得到：

21、光纤陀螺温度误差模型为：

22、

23、其中，y为光纤陀螺实际输出零位，a0、a1、a2、a3、a4为温度补偿的多项式系数，tti为数字温度传感器输出，tmoi为y波导处的温度，i表示第i个数据，1≤i≤n，n表示数据总数。dt代表温变率，单位℃/100s。

24、进一步的，dtti和d(tti-tmoi)的确定方法如下：

25、dtti＝tti-tti-1，其中，dtt1＝0；

26、d(tti-tmoi)＝(tti-tmoi)-(tti-1-tmoi-1)，其中，d(tt1-tmo1）＝0。

27、进一步的，光纤陀螺温度误差降温模型中的a0、a1、a2、a3、a4通过热流途径为由外向内的试验数据进行拟合得到，光纤陀螺温度误差升温模型中的a0、a1、a2、a3、a4通过热流途径为由内向外的试验数据进行拟合得到；拟合方法为最小二乘法拟合；所述试验数据包括y、tti和tmoi；

28、当tti-tmoi小于等于0时，判断热流途径为由外向内，采用该组数据进行光纤陀螺温度误差降温模型中a0、a1、a2、a3、a4的拟合；否则判断热流途径为由内向外，该组数据进行光纤陀螺温度误差升温模型中a0、a1、a2、a3、a4的拟合。

29、进一步的，y波导半波电压uy与温度t的关系式为：

30、uy＝3.655-0.002*t

31、进一步的，2π复位寄存器存储值d2π与y波导半波电压uy的关系式为：

32、

33、式中，u0为da满量程输出电压，一般为4v；b为2π复位寄存器位数，b＝12。

34、本发明与现有技术相比具有如下至少一种有益效果：

35、(1)本发明创造性的提出一种热流途径在线识别的光纤陀螺温度误差建模补偿方法，利用第二闭环2π复位数值，解算y波导处实时温度，实现了光纤陀螺的高精度温度补偿；

36、(2)本发明进行外部环境、热流途径的判别，内部选用适当温补模型，进一步提高了温度补偿精度；

37、(3)本发明能够减小多个温度传感器的贴附难度以及可能对光纤环本身造成的影响；

38、(4)本发明原理清晰，全数字量处理，使用简单，可适用于不同输出协议的光纤陀螺，无需增加器件，补偿效果好。

技术特征：

1.一种热流途径在线识别的光纤陀螺温度误差建模补偿方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种热流途径在线识别的光纤陀螺温度误差建模补偿方法，其特征在于，设数字温度传感器的安装位置为a，光纤环中点为b，光纤环圆心为o，∠aob＝120°±5°。

3.根据权利要求1所述的一种热流途径在线识别的光纤陀螺温度误差建模补偿方法，其特征在于，y波导的中心与光纤环圆心重合；

4.根据权利要求1所述的一种热流途径在线识别的光纤陀螺温度误差建模补偿方法，其特征在于，光纤陀螺温度误差模型为：

5.根据权利要求4所述的一种热流途径在线识别的光纤陀螺温度误差建模补偿方法，其特征在于，根据热流途径不同，光纤陀螺温度误差模型分为光纤陀螺温度误差降温模型和光纤陀螺温度误差升温模型，两个模型中a0、a1、a2、a3、a4的值不同；

6.根据权利要求5所述的一种热流途径在线识别的光纤陀螺温度误差建模补偿方法，其特征在于，温度补偿系数a0、a1、a2、a3、a4通过对以下模型进行拟合得到：

7.根据权利要求6所述的一种热流途径在线识别的光纤陀螺温度误差建模补偿方法，其特征在于，dtti和d(tti-tmoi)的确定方法如下：

8.根据权利要求7所述的一种热流途径在线识别的光纤陀螺温度误差建模补偿方法，其特征在于，光纤陀螺温度误差降温模型中的a0、a1、a2、a3、a4通过热流途径为由外向内的试验数据进行拟合得到，光纤陀螺温度误差升温模型中的a0、a1、a2、a3、a4通过热流途径为由内向外的试验数据进行拟合得到；拟合方法为最小二乘法拟合；所述试验数据包括y、tti和tmoi；

9.根据权利要求1所述的一种热流途径在线识别的光纤陀螺温度误差建模补偿方法，其特征在于，y波导半波电压uy与温度t的关系式为：

10.根据权利要求1所述的一种热流途径在线识别的光纤陀螺温度误差建模补偿方法，其特征在于，2π复位寄存器存储值d2π与y波导半波电压uy的关系式为：

技术总结
本发明公开了一种热流途径在线识别的光纤陀螺温度误差建模补偿方法，包括获取Y波导半波电压与温度的关系式；获取2π复位寄存器存储值与Y波导半波电压的关系式；将数字温度传感器安装于热致旋转速率误差为极大值的位置处；构建光纤陀螺温度误差模型；基于2π复位寄存器存储值与Y波导半波电压的关系式，根据2π复位寄存器的实时存储值得到Y波导的半波电压；基于Y波导半波电压与温度的关系式，根据所得Y波导的半波电压得到Y波导处的温度；将数字温度传感器输出和Y波导处的温度代入光纤陀螺温度误差模型，得到补偿值；利用补偿值对光纤陀螺的输出进行补偿。本发明可适用于不同输出协议的光纤陀螺，能够提升高精度光纤陀螺温度补偿效果。

技术研发人员：蔡肖建,冯文帅,张思楠,于海成,石海洋,蒋庆志,范梓涵
受保护的技术使用者：北京航天时代光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17