專利名稱：一種光纖陀螺動(dòng)態(tài)性能的測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種測試方法，具體地說，是一種光纖陀螺動(dòng)態(tài)性能的測試 方法，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。
(二)
背景技術(shù)：
光纖陀螺(FOG)是以Sagnac效應(yīng)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一種新型的全固態(tài)的陀
螺儀，用來檢測載體的運(yùn)動(dòng)角速率，是一種無機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件的慣性測量元件，由 于它具有可靠性好、壽命長、抗撞擊、抗震動(dòng)、高動(dòng)態(tài)范圍、大帶寬、即時(shí)啟動(dòng)
和低功耗等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種理想慣性器件廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、艦船、導(dǎo)彈等的 導(dǎo)航、制導(dǎo)系統(tǒng)中。
光纖陀螺的廣泛用途對其動(dòng)態(tài)性能提出了很高的要求。當(dāng)光纖陀螺被安裝在 艦船、導(dǎo)彈或飛機(jī)等載體上工作時(shí)，當(dāng)載體因環(huán)境影響發(fā)生劇烈搖晃或振動(dòng)等不 規(guī)則運(yùn)動(dòng)時(shí)，要保證光纖陀螺還能準(zhǔn)確測量出載體在特定方向上的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，提 供準(zhǔn)確的載體姿態(tài)和航向等信息，就需要對光纖陀螺的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行測試。 光纖陀螺的動(dòng)態(tài)性能測試是相對于靜態(tài)性能測試而言的。靜態(tài)性能測試是在陀螺 的載體相對地球靜止或做勻角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，對陀螺輸出進(jìn)行的測試。而動(dòng)態(tài)性能 測試是在載體作變角加速轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下測試陀螺的輸出，并與基準(zhǔn)值相比較計(jì)算 輸出精度。
根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)已發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)可知，目前缺乏一種理想的光纖陀螺動(dòng)態(tài)性 能的測試與標(biāo)定方法。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠保證光纖陀螺能準(zhǔn)確測量出載體在特定方 向上的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，提供準(zhǔn)確的載體姿態(tài)和航向等信息的一種光纖陀螺動(dòng)態(tài)性能的 測試方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
1、用頻率法對光纖陀螺進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能測試，記錄陀螺輸出信號(hào) 利用三軸慣導(dǎo)測試轉(zhuǎn)臺(tái)作為光纖陀螺的載體，把待測光纖陀螺安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上并轉(zhuǎn) 至天向，使光纖陀螺敏感軸與水平面垂直；然后控制轉(zhuǎn)臺(tái)外框做以180°為中心的往復(fù)搖擺運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)臺(tái)搖擺不僅是變角速度運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也是變角加速度運(yùn)動(dòng)。通 過讓轉(zhuǎn)臺(tái)做搖擺運(yùn)動(dòng)，能夠模擬陀螺在艦船、飛機(jī)或?qū)椛瞎ぷ鲿r(shí)的惡劣的動(dòng)力 學(xué)環(huán)境，因此，頻率法完全符合光纖陀螺動(dòng)態(tài)測試的條件。轉(zhuǎn)臺(tái)外框的角速度方 向與陀螺敏感軸重合，在轉(zhuǎn)臺(tái)搖擺的過程中，同時(shí)用數(shù)據(jù)接收軟件記錄陀螺輸出 的數(shù)據(jù)。
2、 根據(jù)分周期求得的實(shí)際采樣時(shí)間間隔dt求離散的陀螺理論輸出值 為了對光纖陀螺的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行盡量客觀的評價(jià)，必須消除陀螺實(shí)際輸出與
理論曲線出現(xiàn)相位差的現(xiàn)象，解決陀螺實(shí)際輸出值O)Fs與理論輸出值(OL中對應(yīng) 點(diǎn)的時(shí)間不同步的問題。因此，提出了分周期求采樣時(shí)間間隔dt，用來離散相應(yīng) 周期的陀螺理論輸出值的方法，來保證0^與(0,中對應(yīng)點(diǎn)的時(shí)間同步。具體做
法是
把陀螺輸出以過零點(diǎn)為界劃分成若干個(gè)正弦周期，假設(shè)某一個(gè)周期的陀螺實(shí) 際輸出信號(hào)有nT個(gè)點(diǎn)，用公式^ =" =1/(/*"》計(jì)算出相應(yīng)的也，用以離散對
應(yīng)于該周期的陀螺理論速度值，其中T表示一個(gè)周期的時(shí)間長度，單位(s)。
無論在何種情況下測試， 一個(gè)周期的時(shí)間最長不會(huì)超過10秒，根據(jù)該周期 的實(shí)際點(diǎn)數(shù)求出dt，以周期為單位離散陀螺的理論速度值作為陀螺輸出的基準(zhǔn)值 是合理的。
3、 分析測試結(jié)果 分周期計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差求均值
在特定搖擺頻率f與幅度A下測試得到的光纖陀螺的輸出信號(hào)COM，以過零
點(diǎn)為界將其劃分為若干個(gè)周期，分別用行矩陣(01^1,(01^2,...,0>^1>1表示，用分周
期的方法求得各周期對應(yīng)的基準(zhǔn)值0>1^，0)1^，...,0>1^ 。這就在最大程度上保證了
陀螺實(shí)際輸出與基準(zhǔn)值的時(shí)間同步。我們同樣能夠以周期為單位，用在特定f和
A下，陀螺實(shí)際輸出的每個(gè)周期相對于基準(zhǔn)值的標(biāo)準(zhǔn)差S,(單位7s)，再求得陀
螺輸出信號(hào)各周期標(biāo)準(zhǔn)差的平均值5 ，用它來表示在特定頻率f和幅度A的條件 下陀螺動(dòng)態(tài)輸出的精度。5越小，說明陀螺動(dòng)態(tài)性能越好。 對多個(gè)光纖陀螺動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)定
如果要對多個(gè)光纖陀螺進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能的統(tǒng)一比較，要比較的數(shù)據(jù)量很大，為 提高效率，把在同樣的轉(zhuǎn)臺(tái)搖擺幅度A搖擺頻率/從0.1Hz 0.5Hz下測得的陀螺動(dòng)態(tài)輸出數(shù)據(jù)組合起來(每種頻率下的信號(hào)長度均為IO個(gè)周期，見圖10)，把 與它們每個(gè)周期對應(yīng)的經(jīng)過分周期法處理后的理論值也組合起來(見圖11)，求它 們之間的標(biāo)準(zhǔn)差&， ^越小表明在搖擺幅度為A的測試條件下，陀螺動(dòng)態(tài)輸出
的誤差越小。
下面以光纖陀螺x和y為例，說明如何判斷光纖陀螺動(dòng)態(tài)性能的優(yōu)劣。 測試情況如下
利用SGT-3三軸慣導(dǎo)測試轉(zhuǎn)臺(tái)作為光纖陀螺的載體，把待測光纖陀螺安裝在 轉(zhuǎn)臺(tái)上并轉(zhuǎn)至天向，使光纖陀螺敏感軸方向與水平面垂直，與轉(zhuǎn)臺(tái)外框的旋轉(zhuǎn)角 速度方向重合?？刂妻D(zhuǎn)臺(tái)外框做以180°為中心的往復(fù)搖擺運(yùn)動(dòng)(即正弦運(yùn)動(dòng))， 模擬實(shí)際工作中的陀螺載體的運(yùn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)臺(tái)搖擺的過程中，同時(shí)用數(shù)據(jù)接收軟件 記錄陀螺輸出的數(shù)據(jù)。
在對陀螺的動(dòng)態(tài)測試中，依次取頻率/等于0.1Hz、 0.2Hz、 0.3Hz、 0.4Hz、 0.5Hz，在每種頻率下，幅度乂依次取5。 ， 8°和10° ，共15個(gè)組合，每一組 /與j的組合，采樣時(shí)間長度均為IO個(gè)周期，艮卩(10//)秒，記錄陀螺輸出值。計(jì)
算并觀察陀螺輸出coFS的精度隨/與^的變化規(guī)律。取的一個(gè)周期(0^用矩陣(0^
表示，包含489個(gè)點(diǎn)，采用離散化后的轉(zhuǎn)臺(tái)理論速度值作為陀螺輸出的基準(zhǔn)值， 數(shù)據(jù)整理后繪圖如圖6、圖7、圖8和圖9所示。 由圖6可知
a動(dòng)態(tài)條件下的陀螺輸出在相同的頻率/下，幅度乂越大，5越大，陀螺動(dòng) 態(tài)性能越差；
b動(dòng)態(tài)條件下的陀螺輸出在相同的幅度J下，頻率/越大，5越大，陀螺動(dòng) 態(tài)性能越差。
由圖7、圖8和圖9可知
無論在何種搖擺頻率和幅度的情況下，陀螺x的5總是小于或等于陀螺y的 S ，這樣我們就能判斷出陀螺x的動(dòng)態(tài)性能要優(yōu)于陀螺y的動(dòng)態(tài)性能。 由上可見，通過本發(fā)明所示的方法，可以對光纖陀螺進(jìn)行有效的動(dòng)態(tài)性能測試， 方法簡便，快捷，有效。
本發(fā)明的光纖陀螺動(dòng)態(tài)性能測試方法的優(yōu)點(diǎn)
1、目前國內(nèi)外對動(dòng)態(tài)性能并無太多研究，此方法是一種對光纖陀螺動(dòng)態(tài)性
5能的突破性研究。
2、 此方法能直觀地反應(yīng)光纖陀螺動(dòng)態(tài)性能。
3、 比較全面的分析了光纖陀螺的動(dòng)態(tài)性能(在不同的頻率和幅度下)，結(jié)論 可靠。
4、 可用此方法比較多個(gè)光纖陀螺的動(dòng)態(tài)性能好壞，根據(jù)特定的工作條件， 選擇適合的光纖陀螺。
(四)


圖1是轉(zhuǎn)臺(tái)瞬時(shí)位置曲線圖2是由位置值求導(dǎo)所得的轉(zhuǎn)臺(tái)瞬時(shí)角速度曲線；
圖3戶0.mz，八=5°—個(gè)周期的曲線圖4一個(gè)周期o^的曲線圖5光纖陀螺動(dòng)態(tài)性能測試方法的流程圖6陀螺X在不同/與A條件下的5;
圖7在搖擺幅度A-5。不同頻率下陀螺x和y的5;
圖8在搖擺幅度A=8°不同頻率下陀螺x和y的5;
圖9在搖擺幅度A-10。不同頻率下陀螺x和y的5;
圖IO幅度^4=8°時(shí)所有頻率下的陀螺實(shí)際輸出值；
圖11幅度^4=8°時(shí)所有頻率下的陀螺理論輸出值；
圖12陀螺實(shí)際輸出與用單一時(shí)間間隔離散化后的理論輸出曲線；
圖13圖12中前兩個(gè)周期的放大圖14圖12中后兩個(gè)周期的放大圖15陀螺實(shí)際輸出信號(hào)與分周期法離散后的理論輸出信號(hào)； 圖16圖15中后兩個(gè)周期的放大圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述 (l)光纖陀螺輸出信號(hào)的數(shù)學(xué)模型的建立
光纖陀螺能夠感測與其敏感軸方向一致的轉(zhuǎn)速，當(dāng)載體方向與陀螺敏感軸重 合，以預(yù)先設(shè)定的角速度w^,轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，設(shè)i /表示光纖陀螺的輸出信號(hào)，則有
w,-i /《 (1)式中《為標(biāo)度因數(shù)，W,表示陀螺檢測到的轉(zhuǎn)速。
+ (2) 其中，化表示地球自轉(zhuǎn)角速度在陀螺敏感軸上的分量，^表示陀螺的零偏，『W 表示噪聲，令^(^化+Bo，公式(2)可以寫成
w廣"涵+叫+『W (3) 由于本發(fā)明主要研究光纖陀螺的動(dòng)態(tài)特性，可以直接使用已測的w。進(jìn)行計(jì) 算。設(shè)co力是陀螺檢測到的轉(zhuǎn)速,剔除叫之后的值，即
H (4) 如果沒有特別說明，以下提到的陀螺輸出均指w力.。
綜上所述，由于化。,,,是陀螺輸出的基準(zhǔn)值，因此只要研究分析動(dòng)態(tài)條件下w力 與6^之間的差別的大小，就能夠評測光纖陀螺的動(dòng)態(tài)性能的好壞。 (2)光纖陀螺動(dòng)態(tài)性能的測試方法的設(shè)計(jì)
用頻率法對光纖陀螺進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能測試，就是使陀螺載體以一定頻率作往復(fù) 搖擺運(yùn)動(dòng)(即正弦運(yùn)動(dòng))，同時(shí)測試陀螺輸出。本發(fā)明利用三軸轉(zhuǎn)臺(tái)作為光纖陀螺 的載體，把待測光纖陀螺(以下簡稱陀螺)安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上并轉(zhuǎn)至天向，使陀螺敏 感軸與水平面垂直。由于轉(zhuǎn)臺(tái)外框(以下簡稱轉(zhuǎn)臺(tái))的旋轉(zhuǎn)角速度矢量方向也與 水平面垂直，因此可以通過控制它做往復(fù)搖擺運(yùn)動(dòng)(即正弦運(yùn)動(dòng))，模擬實(shí)際工作 中的陀螺載體的運(yùn)動(dòng)。
用頻率法進(jìn)行測試時(shí)，讓轉(zhuǎn)臺(tái)做以180。為中心的搖擺運(yùn)動(dòng)，設(shè)定搖擺幅度 為J,搖擺頻率為/，那么轉(zhuǎn)臺(tái)的理論位置公式為
<formula>formula see original document page 7</formula> (5)
對式(5)求導(dǎo)，可以得到轉(zhuǎn)臺(tái)的理論速度公式
<formula>formula see original document page 7</formula> (6)
<formula>formula see original document page 7</formula> (7) 由于本測試中陀螺敏感軸與載體轉(zhuǎn)速的矢量方向一致，所以轉(zhuǎn)臺(tái)的理論速度 值等于陀螺輸出的理論速度值。
再對公式(7)求導(dǎo)，可以得到轉(zhuǎn)臺(tái)的理論加速度<3丄=-2^/"^4o sz'"f2祈」 (8)
由此可以看出轉(zhuǎn)臺(tái)搖擺是一種變角加速度運(yùn)動(dòng)，其角加速度隨著時(shí)間推移呈正弦規(guī)律變化，符合動(dòng)態(tài)測試的條件。在轉(zhuǎn)臺(tái)搖擺的過程中，同時(shí)用數(shù)據(jù)接收軟件記錄陀螺輸出的數(shù)據(jù)。
由公式(6)可以知道/和^的大小直接影響了陀螺輸出《々的峰值和頻率。這
樣就可以在相同/、不同J的情況下以及相同^、不同/的情況下對陀螺進(jìn)行動(dòng)態(tài)測試，計(jì)算并觀察陀螺輸出精度隨/與^的變化規(guī)律。(3)光纖陀螺輸出的基準(zhǔn)值的確定
陀螺輸出的基準(zhǔn)值^。,,,是評價(jià)陀螺輸出精度的重要參照依據(jù)。在對陀螺進(jìn)行
動(dòng)態(tài)測試時(shí)，應(yīng)該以轉(zhuǎn)臺(tái)的實(shí)際瞬時(shí)速度作為基準(zhǔn)值。但是由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，只能接收到轉(zhuǎn)臺(tái)的瞬時(shí)位置數(shù)據(jù)，因此陀螺輸出的基準(zhǔn)值有兩種選擇 一種是通過轉(zhuǎn)臺(tái)的瞬時(shí)位置數(shù)據(jù)求導(dǎo)得到的轉(zhuǎn)臺(tái)瞬時(shí)速度數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)值；另一種是以根據(jù)采樣時(shí)間間隔離散化的轉(zhuǎn)臺(tái)理論速度值作為基準(zhǔn)值。下面對這兩種選擇方案進(jìn)行進(jìn)一步說明。
1)以轉(zhuǎn)臺(tái)位置數(shù)據(jù)求導(dǎo)得到的轉(zhuǎn)臺(tái)速度值作為陀螺輸出基準(zhǔn)值^。,，
由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，在對陀螺進(jìn)行動(dòng)態(tài)測試時(shí)，只能獲得轉(zhuǎn)臺(tái)各個(gè)時(shí)刻的位置值(用矩陣/M尸/,iV,.iVI來表示)。當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)搖擺頻率戶0.2Hz，幅度爿=6° ，搖擺的中心角位置為180°時(shí)，采集到的轉(zhuǎn)臺(tái)各時(shí)刻的瞬時(shí)位置矩陣作出曲線如圖1所示。
由公式
其中，化,,表示第/個(gè)時(shí)刻的轉(zhuǎn)臺(tái)速度值，^表示兩點(diǎn)之間的采樣時(shí)間間隔，它等于每秒鐘采集到的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)的倒數(shù)。求出轉(zhuǎn)臺(tái)各時(shí)刻的速度值存放在矩陣c^中，Wzt呵6^， wz,2,...wz,3]，作出曲線如圖2所示。
由圖2可以看出，fi^的曲線存在很多尖刺，誤差很大，不是理想的評價(jià)陀螺輸出精度的參照標(biāo)準(zhǔn)，不能作為陀螺輸出的基準(zhǔn)值^^ 。
2)用離散化的陀螺理論輸出值作為陀螺輸出的基準(zhǔn)值w^,
用單一的時(shí)間間隔離散的轉(zhuǎn)臺(tái)理論角速度作為基準(zhǔn)值
8如果用單一的時(shí)間間隔離散的轉(zhuǎn)臺(tái)理論角速度作為基準(zhǔn)值，用c/Z把公式(6)中的/離散化為"個(gè)點(diǎn)，放入矩陣T^W2,t3，…,tn]中，t,廣t廣dt， ,1，2，3,…,n-l，tl的值應(yīng)該等于矩陣co^第一個(gè)值的采樣時(shí)間。把矩陣T中的每一點(diǎn)依次代入式(6)中，得到相應(yīng)時(shí)刻轉(zhuǎn)臺(tái)的理論速度值矩陣(OL二[A,，Wu，…，^J。那么，《戰(zhàn)和 (/=l，2,3,...,n)分別表示在同一時(shí)刻ti時(shí)的陀螺實(shí)際輸出值和理論輸出值。
設(shè)定轉(zhuǎn)臺(tái)搖擺頻率戶0.2Hz，搖擺幅度^=6° ，從1=0時(shí)刻開始，陀螺的實(shí)際輸出值的曲線和用單一的時(shí)間間隔離散化后的理論曲線如圖12所示。圖13和圖14分別是圖12前兩個(gè)周期和后兩個(gè)周期的局部放大圖。
從圖13和圖14中可以看出，在開始采集的初期，陀螺的實(shí)際輸出信號(hào)能夠與理論角速度值對齊，保持相位一致，但是隨著時(shí)間的推移，它們之間出現(xiàn)了比較明顯的相位差。這是由于數(shù)據(jù)接收軟件在接收數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)解碼和數(shù)據(jù)保存的過程需要耗費(fèi)一定的時(shí)間造成的。
例如，設(shè)定數(shù)據(jù)采樣時(shí)間間隔為10ms，陀螺的DSP每10ms向接收數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)串口發(fā)送一次數(shù)據(jù)，理論上每秒中能采集到100個(gè)數(shù)據(jù)，但是由于計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)接收軟件在接收、解碼和保存數(shù)據(jù)的過程需要耗費(fèi)一定的時(shí)間，因此實(shí)際上有些時(shí)候每秒采集到的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)不能達(dá)到100，而是在98 97之間變化，實(shí)際的采樣時(shí)間間隔c#的值也在1/98和1/97之間變化，而對理論值進(jìn)行離散化時(shí)用的是一個(gè)固定的A，所以就出現(xiàn)上述陀螺實(shí)際輸出信號(hào)與離散的理論值兩條曲線不能對齊的現(xiàn)象，即6^,和^,并不一定是同一時(shí)刻的實(shí)際值與理論值，并且
隨著時(shí)間的推移，兩條曲線之間的相位差會(huì)越來越大。如果直接計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差的話，會(huì)引入比較大的誤差，不能客觀的評價(jià)陀螺的動(dòng)態(tài)輸出精度。因此提出用分周期求dt的方法解決這個(gè)問題。
分周期離散轉(zhuǎn)臺(tái)理論角速度作為基準(zhǔn)值
為了對光纖陀螺的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行盡量客觀的評價(jià)，必須消除陀螺實(shí)際輸出與理論曲線出現(xiàn)相位差的現(xiàn)象，解決O^與C0L中對應(yīng)點(diǎn)的時(shí)間不同步的問題。因此提出了分周期求采樣時(shí)間間隔dt，用來離散相應(yīng)周期的陀螺理論輸出值的方
法，來保證(0^與(OL中對應(yīng)點(diǎn)的時(shí)間同步。具體做法是
把陀螺輸出以過零點(diǎn)為界劃分成若干個(gè)正弦周期，假設(shè)某一個(gè)周期的陀螺實(shí)際輸出信號(hào)有"r個(gè)點(diǎn)，用公式(10)計(jì)算出相應(yīng)的&，用以離散對應(yīng)于該周期的陀螺理論速度值，其中r表示一個(gè)周期的時(shí)間長度，單位(S)。
& = 77 wr =1/(/ "》 (10)
無論在何種情況下測試， 一個(gè)周期的時(shí)間最長不會(huì)超過10秒，根據(jù)該周期的實(shí)際點(diǎn)數(shù)求出dt，以周期為單位離散陀螺的理論速度值作為陀螺輸出的基準(zhǔn)值是合理的。
當(dāng),口 ^固定時(shí)，取的一個(gè)周期cOf,用矩降(Dw表示，可包含n個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，畫出曲線如圖3所示。
由公式(10)計(jì)算&，把時(shí)間r離散化得到矩陣r,從而求出陀螺理論輸出值，用矩陣Ww表示，畫出曲線如圖4所示。
從圖3、 4的曲線可以看出，離散化后的陀螺理論輸出曲線很平滑，所以以此作為陀螺輸出的基準(zhǔn)值是合理的。
圖15是用分周期法離散后的陀螺理論輸出值與實(shí)際輸出值的曲線圖，從圖中無法清楚的區(qū)分兩條曲線，放大最后兩個(gè)周期如圖16所示。從圖15和圖16可以看到，用分周期求采樣時(shí)間間隔離散陀螺的理論曲線與陀螺的實(shí)際輸出能夠?qū)崿F(xiàn)良好的時(shí)間同步，克服了用單一的時(shí)間間隔離散陀螺理論輸出值造成的陀螺實(shí)際輸出與理論值時(shí)間不同步的問題，為光纖陀螺動(dòng)態(tài)輸出信號(hào)的誤差分析提供了理想的基準(zhǔn)值。
綜上所述，采用分周期離散的陀螺理論輸出值作為評價(jià)陀螺動(dòng)態(tài)輸出精度的基準(zhǔn)值是比較理想的。
(4)測試結(jié)果的分析與評價(jià)方法l)分周期計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差求均值法
由于性能測試中把陀螺輸出分成若干個(gè)周期，根據(jù)每個(gè)周期包含的數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)求出A，再求出對應(yīng)的陀螺理論輸出值。這就在最大程度上保證了陀螺實(shí)際輸出與基準(zhǔn)值的時(shí)間同步。因此，可以同樣以周期為單位，采用分周期計(jì)算陀螺輸出相對于基準(zhǔn)值的標(biāo)準(zhǔn)差再求均值的方法對陀螺的動(dòng)態(tài)測試輸出結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，具體方法如下
將在特定搖擺頻率/與幅度^下測試得到的COBS以過零點(diǎn)為界劃分為若干個(gè)
周期，分別用《) 0>^2,...，0>1^ 矩陣表示，用(3)中描述的方法求出各周期對應(yīng)
的離散陀螺理論輸出值001^1，0)1^，...，<01^。作為陀螺動(dòng)態(tài)輸出的基準(zhǔn)值。利用公式(ll)計(jì)算出在特定/和下，陀螺的一個(gè)周期的輸出相對于其理論輸出值的標(biāo)準(zhǔn)差&。再利用公式(12)，求得各周期標(biāo)準(zhǔn)差的平均值5，簡稱平均周期標(biāo)準(zhǔn)差，表示在特定/、 J的條件下陀螺輸出的精度，5越小，說明陀螺動(dòng)態(tài)性能越好。
"1 - (11)
其中 ,表示第/個(gè)周期包含的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，c^ra和Ara分別表示tOMTi與tOLTi中
的第A個(gè)值。
式中，W表示6fe所劃分成的周期的個(gè)數(shù)。
編寫程序?qū)崿F(xiàn)上述算法，用此程序?qū)Φ?節(jié)中測量到的陀螺輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，就可以很快計(jì)算出特定/與^下的5。 5的值越小表明陀螺的動(dòng)態(tài)性能越好。2)對多個(gè)光纖陀螺動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)定，對其動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行分析與評價(jià)如果要對多個(gè)光纖陀螺進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能的統(tǒng)一比較，要比較的數(shù)據(jù)量很大，為提高效率，把在同樣的轉(zhuǎn)臺(tái)搖擺幅度^，搖擺頻率/從0.1Hz 0.5Hz下測得的陀螺動(dòng)態(tài)輸出數(shù)據(jù)組合起來(每種頻率下的信號(hào)長度均為IO個(gè)周期，見圖10)，把與它們每個(gè)周期對應(yīng)的經(jīng)過分周期法處理后的理論值也組合起來(見圖11)，求它們之間的標(biāo)準(zhǔn)差S,, S,越小表明在搖擺幅度為A的測試條件下，陀螺動(dòng)態(tài)輸出
的誤差越小。
假設(shè)陀螺的實(shí)際輸出信號(hào)用矩陣0>1^=[^&41, &42,...,^^]表示，分周期離散后的理論值用矩陣<01^=[^"1,""2，...，《^ ]表示，由公式(13)可以計(jì)算出陀螺實(shí)際輸出與理論輸出之間的標(biāo)準(zhǔn)差5^ 。
^- (13》
1權(quán)利要求
1、一種光纖陀螺動(dòng)態(tài)性能的測試方法，其特征是(1)用頻率法對光纖陀螺進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能測試，記錄陀螺輸出信號(hào)利用三軸慣導(dǎo)測試轉(zhuǎn)臺(tái)作為光纖陀螺的載體，把待測光纖陀螺安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上并轉(zhuǎn)至天向，使光纖陀螺敏感軸與水平面垂直；然后控制轉(zhuǎn)臺(tái)外框做以180°為中心的往復(fù)搖擺運(yùn)動(dòng)；轉(zhuǎn)臺(tái)外框的角速度方向與陀螺敏感軸重合；在轉(zhuǎn)臺(tái)搖擺的過程中，同時(shí)用數(shù)據(jù)接收軟件記錄陀螺輸出的數(shù)據(jù)。(2)根據(jù)分周期求得的實(shí)際采樣時(shí)間間隔dt求離散的陀螺理論輸出值分周期求采樣時(shí)間間隔dt，用來離散相應(yīng)周期的陀螺理論輸出值，保證ωFS與ωL中對應(yīng)點(diǎn)的時(shí)間同步；具體做法是把陀螺輸出以過零點(diǎn)為界劃分成若干個(gè)正弦周期，假設(shè)某一個(gè)周期的陀螺實(shí)際輸出信號(hào)有nT個(gè)點(diǎn)，用公式dt＝T/nT＝1/(f·nT)計(jì)算出相應(yīng)的dt，用以離散對應(yīng)于該周期的陀螺理論速度值，其中T表示一個(gè)周期的時(shí)間長度，單位(s)；(3)分析測試結(jié)果在特定搖擺頻率f與幅度A下測試得到的光纖陀螺的輸出信號(hào)ωFS，以過零點(diǎn)為界將其劃分為若干個(gè)周期，分別用行矩陣ωFST1，ωFST2，...，ωFSTn表示，用分周期的方法求得各周期對應(yīng)的基準(zhǔn)值ωLT1，ωLT2，...，ωLTn；同樣以周期為單位，用在特定f和A下，陀螺實(shí)際輸出的每個(gè)周期相對于基準(zhǔn)值的標(biāo)準(zhǔn)差Si，再求得陀螺輸出信號(hào)各周期標(biāo)準(zhǔn)差的平均值<overscore>S</overscore>，用它來表示在特定頻率f和幅度A的條件下陀螺動(dòng)態(tài)輸出的精度；<overscore>S</overscore>越小，說明陀螺動(dòng)態(tài)性能越好。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖陀螺動(dòng)態(tài)性能的測試方法，其特征是對多個(gè)光纖陀螺進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能的統(tǒng)一比較時(shí)，把在同樣的轉(zhuǎn)臺(tái)搖擺幅度j，搖擺頻率/從0.1Hz 0.5Hz下測得的陀螺動(dòng)態(tài)輸出數(shù)據(jù)組合起來，把與它們每個(gè)周期 對應(yīng)的經(jīng)過分周期法處理后的理論值也組合起來，求它們之間的標(biāo)準(zhǔn)差&， & 越小在搖擺幅度為A的測試條件下，陀螺動(dòng)態(tài)輸出的誤差越小。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種光纖陀螺動(dòng)態(tài)性能的測試方法。包括(1)用頻率法對光纖陀螺進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能測試，記錄陀螺輸出信號(hào)；(2)根據(jù)分周期求得的實(shí)際采樣時(shí)間間隔dt求離散的陀螺理論輸出值；(3)分析測試結(jié)果等步驟。本發(fā)明的光纖陀螺動(dòng)態(tài)性能測試方法是一種對光纖陀螺動(dòng)態(tài)性能的突破性研究。能直觀地反應(yīng)光纖陀螺動(dòng)態(tài)性能。比較全面的分析了光纖陀螺的動(dòng)態(tài)性能(在不同的頻率和幅度下)，結(jié)論可靠。可用此方法比較多個(gè)光纖陀螺的動(dòng)態(tài)性能好壞，根據(jù)特定的工作條件，選擇適合的光纖陀螺。
文檔編號(hào)G01C19/64GK101464150SQ20091007124
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者強(qiáng) 于, 慧 余, 周廣濤, 娜 張, 李緒友, 剛 王, 爽 王, 珺 王, 陳世同 申請人:哈爾濱工程大學(xué)