CN103234558B - 基于正六面体及大理石平台的光纤陀螺标定方法 - Google Patents

Abstract

基于正六面体及大理石平台的光纤陀螺标定方法，本发明涉及的是一种光纤陀螺标定方法。本发明是要解决光纤陀螺传统标定方法中必须借助价格昂贵的高精度三轴转台进行标定且标定结果误差较大的问题。一、对光纤陀螺充分预热，并实时采集x、y、z三个轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号；二、分别对采集z轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号、采集y轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号和采集x轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号过程中的步骤(2)、(3)正向过程输出总和与步骤(4)、(5)反向过程输出总和做差，由三组差值即可求得光纤陀螺的标度因数K_gi及安装误差角E_gij，(i＝x，y，z；j＝x，y，z；i≠j)。本发明应用于光纤陀螺标定领域。

Description

基于正六面体及大理石平台的光纤陀螺标定方法

技术领域

本发明涉及的是一种光纤陀螺标定方法。

背景技术

作为光纤捷联惯性导航系统(INS)的核心部件，光纤陀螺(IFOG)是现代武器装备的重要组成部分，其精度和性能制约着相关武器装备的发展。光纤陀螺在使用前要通过标定试验确定出其各项误差系数，并在惯导系统中进行补偿，标定精度的好坏将很大程度影响惯导系统的导航精度。

光纤陀螺标定技术本质上是一种误差补偿技术，通过建立陀螺仪的误差数学模型，利用一定的试验来确定模型系数，进而通过软件算法消除误差。光纤陀螺传统的标定方法是角速率试验方法，利用三轴转台给陀螺仪输入一系列标称的角速度，并与其输出作比较，根据陀螺仪的误差模型，即可确定出陀螺仪角速度通道的标度因数和安装误差两类误差系数。上述标定方法的不足之处在于对转台转速要求较高，当转台转速噪声过大时，无法准确截取转台转过整圈数对应的陀螺输出值，标定结果误差较大。

光纤陀螺传统标定方法都是基于三轴转台进行的，三轴转台价格昂贵，安装要求复杂。本发明提出利用设计简单、体积小、成本低等优点的正六面体，借助大理石平台及角基准线进行光纤陀螺标定试验，通过转动方式激励出光纤陀螺组件误差模型的标度因数和安装误差共9个误差系数。

发明内容

本发明是要解决光纤陀螺传统标定方法中必须借助价格昂贵的高精度三轴转台进行标定且标定结果误差较大的问题，而提出了基于正六面体及大理石平台的光纤陀螺标定方法。

基于正六面体及大理石平台的光纤陀螺标定方法按以下步骤实现：

一、对光纤陀螺充分预热，并实时采集x、y、z三个轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号：

对光纤陀螺充分预热，并实时采集z轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号的过程为：

(1)调整正六面体，使光纤陀螺z轴指向天向；

(2)T₀到T₁时刻正六面体沿角度基准θ放置，定位时间为t_d，ω＝0，根据光纤陀螺误差标定模型可得输出脉冲和其中，K_gi为光纤陀螺的标度因数，N_gi1(t)表示绕z轴旋转时三轴陀螺的输出值；

(3)T₁到T₂时刻正六面体绕天向转动角度Φ至θ'，Φ＝360°·N，用数学公式描述以上过程为：其中δω₊为速率误差，根据光纤陀螺误差标定模型及T₁到T₂时刻的陀螺组件的输入角速度可计算推导出光纤陀螺输出脉冲和 $\underset{t\→T_1}{\overset{T_2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gi}2}\left(t\right)}{K_{\mathrm{gi}}},i=x,y,z;$ ω为转动的角速率；

(4)T₂到T₃时刻正六面体定位于θ'，定位时间为t_d，此时有：

$\underset{t\→T_2}{\overset{T_3}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gi}1}\left(t\right)}{K_{\mathrm{gi}}}=\underset{t\→T_0}{\overset{T_1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gi}1}\left(t\right)}{K_{\mathrm{gi}}};$

(5)T₃到T₄时刻正六面体绕天向轴反向旋转，转动角度Φ，推导此时陀螺输出脉冲和

对光纤陀螺充分预热，并实时采集y轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号的过程为：

(1)调整正六面体，使陀螺y轴指向天向；

(2)T₀到T₁时刻正六面体沿角度基准θ放置，定位时间为t_d，ω＝0，根据光纤陀螺误差标定模型可得输出脉冲和其中，K_gi为光纤陀螺的标度因数，N_gi2(t)表示绕y轴旋转时三轴陀螺的输出值；

(3)T₁到T₂时刻正六面体绕天向转动角度Φ至θ'，Φ＝360°·N，用数学公式描述以上过程为：其中δω₊为速率误差，根据光纤陀螺误差标定模型及T₁到T₂时刻的陀螺组件的输入角速度可计算推导出光纤陀螺输出脉冲和 $\underset{t\→T_1}{\overset{T_2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gi}2}\left(t\right)}{K_{\mathrm{gi}}},i=x,y,z;$

(4)T₂到T₃时刻正六面体定位于θ'，定位时间为t_d，此时有：

$\underset{t\→T_2}{\overset{T_3}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gi}1}\left(t\right)}{K_{\mathrm{gi}}}=\underset{t\→T_0}{\overset{T_1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gi}1}\left(t\right)}{K_{\mathrm{gi}}};$

(5)T₃到T₄时刻正六面体绕天向轴反向旋转，转动角度Φ，推导此时陀螺输出脉冲和

对光纤陀螺充分预热，并实时采集x轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号的过程为：

(1)调整正六面体，使陀螺x轴指向天向；

(2)T₀到T₁时刻正六面体沿角度基准θ放置，定位时间为t_d，ω＝0，根据光纤陀螺误差标定模型可得输出脉冲和其中，K_gi为光纤陀螺的标度因数，N_gi3(t)绕x轴旋转时三轴陀螺的输出值；

(3)T₁到T₂时刻正六面体绕天向转动角度Φ至θ'，Φ＝360°·N，用数学公式描述以上过程为：其中δω₊为速率误差，根据光纤陀螺误差标定模型及T₁到T₂时刻的陀螺组件的输入角速度可计算推导出光纤陀螺输出脉冲和 $\underset{t\→T_1}{\overset{T_2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gi}2}\left(t\right)}{K_{\mathrm{gi}}},i=x,y,z;$

(4)T₂到T₃时刻正六面体定位于θ'，定位时间为t_d，此时有：

$\underset{t\→T_2}{\overset{T_3}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gi}1}\left(t\right)}{K_{\mathrm{gi}}}=\underset{t\→T_0}{\overset{T_1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gi}1}\left(t\right)}{K_{\mathrm{gi}}};$

(5)T₃到T₄时刻正六面体绕天向轴反向旋转，转动角度Φ，推导此时陀螺输出脉冲和

二、分别对采集z轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号、采集y轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号和采集x轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号过程中的步骤(2)、(3)正向过程输出总和与步骤(4)、(5)反向过程输出总和做差，由三组差值即可求得光纤陀螺的标度因数K_gi及安装误差角E_gij,(i＝x,y,z；j＝x,y,z；i≠j)。

发明效果：

基于正六面体及大理石平台的光纤陀螺标定方法与转速误差无关，避免了转速误差对标定结果的影响，可以根据陀螺输出、转动角度和输出误差模型计算出陀螺的各项标度因数以及安装误差。此标定方法无需利用高精度三轴转台，操作简单，节约成本。当传统速率标定试验利用定位精度为3秒、速率精度为10^-5的高精度三轴转台控制光纤陀螺各轴分别以20°/s速率旋转10周，本发明中增量圈数为10时，针对同一组数据，本发明方法相对于传统速率标定方法，系统标度因数精度能够提高0.45ppm。

附图说明

图1是本发明流程图；

图2是具体实施方式一中基于正六面体及大理石平台的光纤陀螺标定方法实时采集z轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号流程图；

图3是具体实施方式一中基于正六面体及大理石平台的光纤陀螺标定方法实时采集y轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号流程图；

图4是具体实施方式一中基于正六面体及大理石平台的光纤陀螺标定方法实时采集x轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号流程图；

图5是具体实施方式一中角增量试验陀螺东北天位置及转动方式示意图；

图6是具体实施方式一中角增量试验陀螺北天东位置及转动方式示意图；

图7是具体实施方式一中角增量试验陀螺天东北位置及转动方式示意图；

图8是具体实施方式一中利用三轴转台模拟8小时的摇摆试验，对比系统导航纵摇输出结果；其中，直线为新标定方法，虚线为传统标定方法；

图9是具体实施方式一中利用三轴转台模拟8小时的摇摆试验，对比系统导航横摇输出结果；其中，直线为新标定方法，虚线为传统标定方法；

图10是具体实施方式一中利用三轴转台模拟8小时的摇摆试验，对比系统导航航向输出结果；其中，直线为新标定方法，虚线为传统标定方法；

图11是具体实施方式一中利用三轴转台模拟8小时的摇摆试验，得到两种方法所对应的惯导系统位置经度误差输出曲线，其中，直线为新标定方法，虚线为传统标定方法；

图12是具体实施方式一中利用三轴转台模拟8小时的摇摆试验，得到两种方法所对应的惯导系统位置纬度误差输出曲线，其中，直线为新标定方法，虚线为传统标定方法；

图13是具体实施方式一中利用三轴转台模拟8小时的摇摆试验，得到两种方法所对应的惯导系统位置误差输出曲线，其中，直线为新标定方法，虚线为传统标定方法。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～13说明本实施方式：

本实施方式中基于正六面体及大理石平台的光纤陀螺标定方法按以下步骤实现：

一、将光纤陀螺安装在正六面体中，并且将该正六面体沿角基准安置于大理石平台上，分别使x，y，z三个轴指向天，绕天向轴转动正六面体整数圈，计算陀螺的标度因数及安装误差角；

其中，对光纤陀螺充分预热，并实时采集z轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号：：

(1)调整正六面体，使光纤陀螺z轴指向天向；

(2)T₀到T₁时刻正六面体沿角度基准θ放置，定位时间为t_d，此时ω＝0，由光纤陀螺的输出误差模型

$\left[\begin{array}{c}{N}_{\mathrm{gx}}\\ N_{\mathrm{gy}}\\ N_{\mathrm{gz}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{K}_{\mathrm{gx}}& K_{\mathrm{gx}}{E}_{\mathrm{gxz}}& K_{\mathrm{gx}}{E}_{\mathrm{gxy}}\\ K_{\mathrm{gy}}{E}_{\mathrm{gyz}}& K_{\mathrm{gy}}& K_{\mathrm{gy}}{E}_{\mathrm{gyx}}\\ E_{\mathrm{gz}}{E}_{\mathrm{gzy}}& K_{\mathrm{gz}}{E}_{\mathrm{gzx}}& K_{\mathrm{gz}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_x\\ {\mathrm{\ω}}_y\\ {\mathrm{\ω}}_z\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{D}_{0x}\\ D_{0y}\\ D_{0z}\end{array}\right]$

以及此时光纤陀螺组件的输入角速度

可得

其中，N_d为每次定位时陀螺输出数据的组数；

(3)T₁到T₂时刻正六面体按照图5正向转动Φ至θ′，Φ＝360°·N用数学公式描述以上过程为： ${\mathrm{\θ}}^{\′}-\mathrm{\θ}={\∫}_{T_1}^{T_2}(\mathrm{\ω}+\mathrm{\δ}{\mathrm{\ω}}_{+})\mathrm{dt}=\underset{t=T_1}{\overset{T_2}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_z=\mathrm{\Φ},$ 其中δω₊为速率误差。此时用ω_z表示增量过程中的角速度且为包含速率误差的变值，同样由光纤陀螺的输出误差模型可得：

整理得

$\underset{t=T_1}{\overset{T_2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gy}1}\left(t\right)+}{K_{\mathrm{gy}}}=E_{\mathrm{gyx}}\mathrm{\Φ}+\underset{t=T_1}{\overset{T_2}{\mathrm{\Σ}}}(E_{\mathrm{gyx}}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ie}}+D_{y0})$

(4)T₂到T₃时刻转台外框定位于θ′，定位时间为t_d，此时ω＝0，有：

$\underset{t\→T_2}{\overset{T_3}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gi}1}\left(t\right)}{K_{\mathrm{gi}}}=\underset{t\→T_0}{\overset{T_1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gi}1}\left(t\right)}{K_{\mathrm{gi}}};$

(5)T₃到T₄时刻转台外框按图5反向增量Φ分析过程同步骤(4)，有：

整理得

对光纤陀螺充分预热，并实时采集y轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号：

(1)操作三轴转台，按图6控制，使陀螺y轴指向天向；

(2)T₀到T₁时刻正六面体沿角度基准θ放置，定位时间为t_d，此时ω＝0，由光纤陀螺的输出误差模型

$\left[\begin{array}{c}{N}_{\mathrm{gx}}\\ N_{\mathrm{gy}}\\ N_{\mathrm{gz}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{K}_{\mathrm{gx}}& K_{\mathrm{gx}}{E}_{\mathrm{gxz}}& K_{\mathrm{gx}}{E}_{\mathrm{gxy}}\\ K_{\mathrm{gy}}{E}_{\mathrm{gyz}}& K_{\mathrm{gy}}& K_{\mathrm{gy}}{E}_{\mathrm{gyx}}\\ E_{\mathrm{gz}}{E}_{\mathrm{gzy}}& K_{\mathrm{gz}}{E}_{\mathrm{gzx}}& K_{\mathrm{gz}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_x\\ {\mathrm{\ω}}_y\\ {\mathrm{\ω}}_z\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{D}_{0x}\\ D_{0y}\\ D_{0z}\end{array}\right]$

以及此时光纤陀螺组件的输入角速度

可得

其中，N_d为每次定位时陀螺输出数据的组数；

(3)T₁到T₂时刻正六面体按照图6 正向转动Φ至θ′，Φ＝360°·N用数学公式描述以上过程为： ${\mathrm{\θ}}^{\′}-\mathrm{\θ}={\∫}_{T_1}^{T_2}(\mathrm{\ω}+\mathrm{\δ}{\mathrm{\ω}}_{+})\mathrm{dt}=\underset{t=T_1}{\overset{T_2}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_z=\mathrm{\Φ},$ 其中δω₊为速率误差。此时用ω_z表示增量过程中的角速度且为包含速率误差的变值，同样由光纤陀螺的输出误差模型可得：

整理得

$\underset{t=T_1}{\overset{T_2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gy}2}\left(t\right)+}{K_{\mathrm{gy}}}=E_{\mathrm{gyx}}\mathrm{\Φ}+\underset{t=T_1}{\overset{T_2}{\mathrm{\Σ}}}(E_{\mathrm{gyx}}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ie}}+D_{y0})$

(4)T₂到T₃时刻转台外框定位于θ′，定位时间为t_d，此时ω＝0，有：

$\underset{t\→T_2}{\overset{T_3}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gi}2}\left(t\right)}{K_{\mathrm{gi}}}=\underset{t\→T_0}{\overset{T_1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gi}2}\left(t\right)}{K_{\mathrm{gi}}};$

(5)T₃到T₄时刻转台外框按图6反向增量Φ分析过程同步骤(4)，有：

整理得

对光纤陀螺充分预热，并实时采集x轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号：

(1)操作三轴转台，按图7控制，使陀螺x轴指向天向；

(2)T₀到T₁时刻正六面体沿角度基准θ放置，定位时间为t_d，此时ω＝0，由光纤陀螺的输出误差模型

$\left[\begin{array}{c}{N}_{\mathrm{gx}}\\ N_{\mathrm{gy}}\\ N_{\mathrm{gz}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{K}_{\mathrm{gx}}& K_{\mathrm{gx}}{E}_{\mathrm{gxz}}& K_{\mathrm{gx}}{E}_{\mathrm{gxy}}\\ K_{\mathrm{gy}}{E}_{\mathrm{gyz}}& K_{\mathrm{gy}}& K_{\mathrm{gy}}{E}_{\mathrm{gyx}}\\ E_{\mathrm{gz}}{E}_{\mathrm{gzy}}& K_{\mathrm{gz}}{E}_{\mathrm{gzx}}& K_{\mathrm{gz}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_x\\ {\mathrm{\ω}}_y\\ {\mathrm{\ω}}_z\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{D}_{0x}\\ D_{0y}\\ D_{0z}\end{array}\right]$

以及此时光纤陀螺组件的输入角速度

可得

其中，N_d为每次定位时陀螺输出数据的组数；

(3)T₁到T₂时刻正六面体按照图7正向转动Φ至θ′，Φ＝360°·N用数学公式描述以上过程为： ${\mathrm{\θ}}^{\′}-\mathrm{\θ}={\∫}_{T_1}^{T_2}(\mathrm{\ω}+\mathrm{\δ}{\mathrm{\ω}}_{+})\mathrm{dt}=\underset{t=T_1}{\overset{T_2}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_z=\mathrm{\Φ},$ 其中δω₊为速率误差。此时用ω_z表示增量过程中的角速度且为包含速率误差的变值，同样由光纤陀螺的输出误差模型可得：

整理得

$\underset{t=T_1}{\overset{T_2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gy}3}\left(t\right)+}{K_{\mathrm{gy}}}=E_{\mathrm{gyx}}\mathrm{\Φ}+\underset{t=T_1}{\overset{T_2}{\mathrm{\Σ}}}(E_{\mathrm{gyx}}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ie}}+D_{y0})$

(4)T₂到T₃时刻转台外框定位于θ′，定位时间为t_d，此时ω＝0，有：

$\underset{t\→T_2}{\overset{T_3}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gi}3}\left(t\right)}{K_{\mathrm{gi}}}=\underset{t\→T_0}{\overset{T_1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gi}3}\left(t\right)}{K_{\mathrm{gi}}};$

(5)T₃到T₄时刻转台外框按图7反向增量Φ分析过程同步骤(4)，有：

整理得

二、分别对采集z轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号、采集y轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号和采集x轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号过程中的步骤(2)、(3)正向过程输出总和与步骤(4)、(5)反向过程输出总和做差，由三组差值即可求得光纤陀螺的标度因数K_gi及安装误差角E_gij,(i＝x,y,z；j＝x,y,z；i≠j)。

z轴步骤(2)、(3)正向增量过程输出总和：

$\mathrm{\Σ}{N}_{\mathrm{gx}1}^{+}=\underset{t=T_0}{\overset{T_1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gx}1}\left(t\right)}{K_{\mathrm{gx}}}+\underset{t=T_1}{\overset{T_2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gx}1}\left(t\right)+}{K_{\mathrm{gx}}}$

步骤(4)、(5)反向增量过程输出总和：

$\mathrm{\Σ}{N}_{\mathrm{gx}1}^{-}=\underset{t=T_2}{\overset{T_3}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gx}1}\left(t\right)}{K_{\mathrm{gx}}}+\underset{t=T_3}{\overset{T_4}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{gx}1}\left(t\right)-}{K_{\mathrm{gx}}}$

两者做差可得：

$\mathrm{\Δ}{N}_{\mathrm{gx}1}=\mathrm{\Σ}{N}_{\mathrm{gx}1}^{+}-\mathrm{\Σ}{N}_{\mathrm{gx}1}^{-}=2K_{\mathrm{gx}}{E}_{\mathrm{gxy}}\mathrm{\Φ}$

$\mathrm{\Δ}{N}_{\mathrm{gy}1}=\mathrm{\Σ}{N}_{\mathrm{gy}1}^{+}-\mathrm{\Σ}{N}_{\mathrm{gy}1}^{-}=2K_{\mathrm{gy}}{E}_{\mathrm{gyx}}\mathrm{\Φ}$

$\mathrm{\Δ}{N}_{\mathrm{gz}1}=\mathrm{\Σ}{N}_{\mathrm{gz}1}^{+}-\mathrm{\Σ}{N}_{\mathrm{gz}1}^{-}=2K_{\mathrm{gz}}\mathrm{\Φ}$

同理y轴与x轴中正向增量输出总和与反向增量输出总和分别做差可得：

ΔN_gx2＝2K_gxE_gxzΦΔN_gx3＝2K_gxΦ

ΔN_gy2＝2K_gyΦΔN_gy3＝2K_gyE_gyzΦ

ΔN_gz2＝2K_gzE_gzxΦΔN_gz3＝2K_gzE_gzyΦ

由此，可得到三轴陀螺的标度因数：

K_gx＝ΔN_gx3/2Φ

K_gy＝ΔN_gy2/2Φ

K_gz＝ΔN_gz1/2Φ

安装误差：

E_gxy＝ΔN_gx1/ΔN_gx3E_gyx＝ΔN_gy1/ΔN_gy2E_gzx＝ΔN_gz2/ΔN_gz1

E_gxz＝ΔN_gx2/ΔN_gx3E_gyz＝ΔN_gy3/ΔN_gy2E_gzy＝ΔN_gz3/ΔN_gz1

本实施方式的试验条件：

(1)实验室自研光纤陀螺捷联惯性系统器件精度陀螺常值漂移为0.01度/小时，加速度计的随机常值偏置为0.0001g；

(2)定位精度较高的SGT-3型三轴多功能测试转台。

本实施方式的试验结果：

两种方法标定的结果有一定差距，但为了进一步验证新标定试验法的可靠性，并直观反映出标定结果的准确性，将两种不同标定方法得到的标定结果分别代入光纤陀螺捷联惯导系统进行导航试验。

本实施方式的动态验证：

对系统进行4小时的预热后，利用三轴转台模拟8小时的摇摆试验，其中第1个小时为系统静止状态下的初始对准；第2到6小时，转台外框定位在45度，内框和中框分别以幅值15°、5°频率为0.125Hz、0.25Hz进行摇摆，剩余时间采集摇摆后静态数据，系统动态输出结果如图8、9、10所示，可以看出采用增量新试验法标定结果所引起的航向误差整体上低于传统标定结果的航向误差，动态效果较好。

本实施方式效果：

基于正六面体及大理石平台的光纤陀螺标定方法与转速误差无关，避免了转速误差对标定结果的影响，可以根据陀螺输出、转动角度和输出误差模型计算出陀螺的各项标度因数以及安装误差。此标定方法无需利用高精度三轴转台，操作简单，节约成本。当传统速率标定试验利用定位精度为3秒、速率精度为10^-5的高精度三轴转台控制光纤陀螺各轴分别以20°/s速率旋转10周，本发明中增量圈数为10时，针对同一组数据，本发明方法相对于传统速率标定方法，系统标度因数精度能够提高0.45ppm。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤(3)中光纤陀螺误差标定模型形式如下：

$\left[\begin{array}{c}{N}_{\mathrm{gx}}\\ N_{\mathrm{gy}}\\ N_{\mathrm{gz}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{K}_{\mathrm{gx}}& K_{\mathrm{gx}}{E}_{\mathrm{gxz}}& K_{\mathrm{gx}}{E}_{\mathrm{gxy}}\\ K_{\mathrm{gy}}{E}_{\mathrm{gyz}}& K_{\mathrm{gy}}& K_{\mathrm{gy}}{E}_{\mathrm{gyx}}\\ E_{\mathrm{gz}}{E}_{\mathrm{gzy}}& K_{\mathrm{gz}}{E}_{\mathrm{gzx}}& K_{\mathrm{gz}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_x\\ {\mathrm{\ω}}_y\\ {\mathrm{\ω}}_z\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{D}_{0x}\\ D_{0y}\\ D_{0z}\end{array}\right]$

其中，K_gi(i＝x,y,z)为三轴陀螺的标度因数，E_gij,i,j＝x,y,z且i≠j为陀螺的安装误差，D_0i(i＝x,y,z)为三轴陀螺的零位，ω_i(i＝x,y,z)为陀螺仪三个敏感轴的输入角速度，N_gi(i＝x,y,z)为记录三轴陀螺的输出值。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

Claims (1)

1.基于正六面体及大理石平台的光纤陀螺标定方法，其特征在于基于正六面体及大理石平台的光纤陀螺标定方法按以下步骤实现：

一、对光纤陀螺充分预热，并实时采集x、y、z三个轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号：

对光纤陀螺充分预热，并实时采集z轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号的过程为：

(1)调整正六面体，使光纤陀螺z轴指向天向；

(2)T₀到T₁时刻正六面体沿角度基准θ放置，定位时间为t_d，ω＝0，根据光纤陀螺误差标定模型可得输出脉冲和其中，K_gi为光纤陀螺的标度因数，N_gi1(t)表示绕z轴旋转时三轴陀螺的输出值；

(3)T₁到T₂时刻正六面体绕天向转动角度Φ至θ'，Φ＝360°·N，用数学公式描述以上过程为：其中δω₊为速率误差，根据光纤陀螺误差标定模型及T₁到T₂时刻的陀螺组件的输入角速度可计算推导出光纤陀螺输出脉冲和ω为转动的角速率，N为正六面体绕天向转动的整圈数；

光纤陀螺误差标定模型形式如下：

$\left[\begin{array}{c}{N}_{gx}\\ N_{gy}\\ N_{gz}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}{K}_{gx}& K_{gx}{E}_{gxz}& K_{gx}{E}_{gxy}\\ K_{gy}{E}_{gyz}& K_{gy}& K_{gy}{E}_{gyx}\\ K_{gz}{E}_{gzy}& K_{gz}{E}_{gzx}& K_{gz}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_x\\ {\mathrm{\ω}}_y\\ {\mathrm{\ω}}_z\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{D}_{0x}\\ D_{0y}\\ D_{0z}\end{array}\right]$

其中，K_gi,i＝x,y,z为三轴陀螺的标度因数，E_gij,i,j＝x,y,z且i≠j为陀螺的安装误差，D_0i,i＝x,y,z为三轴陀螺的零位，ω_i,i＝x,y,z为陀螺仪三个敏感轴的输入角速度，N_gi,i＝x,y,z为记录三轴陀螺的输出值；

(4)T₂到T₃时刻正六面体定位于θ'，定位时间为t_d，此时有：

$\underset{t\→T_2}{\overset{T_3}{\Σ}}\frac{N_{gi1}\left(t\right)}{K_{gi}}=\underset{t\→T_0}{\overset{T_1}{\Σ}}\frac{N_{gi1}\left(t\right)}{K_{gi}};$

(5)T₃到T₄时刻正六面体绕天向轴反向旋转，转动角度Φ，推导此时陀螺输出脉冲和

对光纤陀螺充分预热，并实时采集y轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号的过程为：

(1)调整正六面体，使陀螺y轴指向天向；

(2)T₀到T₁时刻正六面体沿角度基准θ放置，定位时间为t_d，ω＝0，根据光纤陀螺误差标定模型可得输出脉冲和其中，K_gi为光纤陀螺的标度因数，N_gi2(t)表示绕y轴旋转时三轴陀螺的输出值；

(3)T₁到T₂时刻正六面体绕天向转动角度Φ至θ'，Φ＝360°·N，用数学公式描述以上过程为：其中δω₊为速率误差，根据光纤陀螺误差标定模型及T₁到T₂时刻的陀螺组件的输入角速度可计算推导出光纤陀螺输出脉冲和i＝x,y,z,ω为转动的角速率；

(4)T₂到T₃时刻正六面体定位于θ'，定位时间为t_d，此时有：

$\underset{t\→T_2}{\overset{T_3}{\Σ}}\frac{N_{gi2}\left(t\right)}{K_{gi}}=\underset{t\→T_0}{\overset{T_1}{\Σ}}\frac{N_{gi2}\left(t\right)}{K_{gi}};$

(5)T₃到T₄时刻正六面体绕天向轴反向旋转，转动角度Φ，推导此时陀螺输出脉冲和

对光纤陀螺充分预热，并实时采集x轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号的过程为：

(1)调整正六面体，使陀螺x轴指向天向；

(2)T₀到T₁时刻正六面体沿角度基准θ放置，定位时间为t_d，ω＝0，根据光纤陀螺误差标定模型可得输出脉冲和其中，K_gi为光纤陀螺的标度因数，N_gi3(t)绕x轴旋转时三轴陀螺的输出值；

(3)T₁到T₂时刻正六面体绕天向转动角度Φ至θ'，Φ＝360°·N，用数学公式描述以上过程为：其中δω₊为速率误差，根据光纤陀螺误差标定模型及T₁到T₂时刻的陀螺组件的输入角速度可计算推导出光纤陀螺输出脉冲和i＝x,y,z,ω为转动的角速率；

(4)T₂到T₃时刻正六面体定位于θ'，定位时间为t_d，此时有：

$\underset{t\→T_2}{\overset{T_3}{\Σ}}\frac{N_{gi3}\left(t\right)}{K_{gi}}=\underset{t\→T_0}{\overset{T_1}{\Σ}}\frac{N_{gi3}\left(t\right)}{K_{gi}};$

(5)T₃到T₄时刻正六面体绕天向轴反向旋转，转动角度Φ，推导此时陀螺输出脉冲和

二、分别对采集z轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号、采集y轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号和采集x轴上光纤陀螺和加速度计的输出信号过程中的步骤(2)、(3)正向过程输出总和与步骤(4)、(5)反向过程输出总和做差，由三组差值即可求得光纤陀螺的标度因数K_gi及安装误差E_gij,i＝x,y,z；j＝x,y,z；i≠j。