專利名稱：一種光纖陀螺儀輸入軸失準(zhǔn)角評(píng)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)航、制導(dǎo)及控制領(lǐng)域，尤其涉及一種高效的光纖陀螺儀輸入 軸失準(zhǔn)角評(píng)測(cè)方法。
光纖陀螺儀輸入軸(IA)是指垂直于光纖環(huán)圈等效平面的軸。當(dāng)光纖陀螺 儀繞該軸有旋轉(zhuǎn)角速度輸入時(shí)，產(chǎn)生光纖環(huán)圈相對(duì)慣性空間輸入角速度的輸出 信號(hào)。光纖陀螺儀輸入基準(zhǔn)軸(IRA)是指與光纖陀螺儀安裝面垂直的軸，名義 上平行于輸入軸。光纖陀螺儀輸入軸失準(zhǔn)角就是指輸入軸與輸入基準(zhǔn)軸之間的 夾角。通常的，定義光纖陀螺儀的0Z軸與IRA重合，OX軸與0Y軸在光纖陀螺 儀安裝平面內(nèi)相互垂直并且與OZ軸一起構(gòu)成一個(gè)右手直角坐標(biāo)系，如圖1所示。
目前《GJB2426A-2004光纖陀螺儀測(cè)試方法》中規(guī)定的光纖陀螺儀輸入軸 失準(zhǔn)角測(cè)試方法為將光纖陀螺儀安裝在速率臺(tái)的固定裝置上，使IRA垂直于 速率臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸線。使陀螺OX軸正向朝上且平行于速率轉(zhuǎn)臺(tái)軸，記為第一位置。 由速率轉(zhuǎn)臺(tái)提供一個(gè)正速率，并記錄若干圈的光纖陀螺儀輸出。重復(fù)以上測(cè)試, 輸入為負(fù)速率。光纖陀螺儀連同夾具繞IRA旋轉(zhuǎn)18(T ，記為第二位置，在轉(zhuǎn)臺(tái) 正負(fù)速率下重復(fù)測(cè)試。建議輸入速率為轉(zhuǎn)臺(tái)允許較大角速度。再使陀螺0Y軸正 向朝上且平行于速率轉(zhuǎn)臺(tái)軸，記為第三位置。在此基礎(chǔ)上光纖陀螺儀連同夾具 繞IRA旋轉(zhuǎn)18(T ，記為第四位置。重復(fù)測(cè)試第一、第二位置時(shí)的測(cè)試。各位置 下正、反轉(zhuǎn)時(shí)采集的光纖陀螺儀輸出分別記為F"、 F卜(i=l， 2， 3， 4)。按如下 公式計(jì)算
上述國(guó)軍標(biāo)中的測(cè)試方法需要事先獲取光纖陀螺儀標(biāo)度因數(shù)K的數(shù)值，而 現(xiàn)有光纖陀螺儀標(biāo)度因數(shù)測(cè)試中耦合了輸入軸失準(zhǔn)角的誤差。具體分析如下
光纖陀螺儀的輸入輸出公式為
背景技術(shù)：
3F =〖(_F0 + Q。z cos y + Q。義cos a + QOT cos / ) ( 3 )
參見圖l，式中a、 p、 y分別為輸入軸IA與0X、 0Y、 OZ軸的夾角，Q。x、 Q
。Y 、 Q。z分別為繞0X、 0Y、 OZ軸輸入的角速度，K為光纖陀螺儀標(biāo)度因數(shù)，F(xiàn)。
為光纖陀螺儀零偏，F(xiàn)為光纖陀螺儀單位時(shí)間內(nèi)輸出值。輸入軸失準(zhǔn)角為y。標(biāo)
度因數(shù)測(cè)試的基本原理是正反轉(zhuǎn)消偏，即轉(zhuǎn)臺(tái)按給定的速度先正向旋轉(zhuǎn)，再反
向旋轉(zhuǎn)，分別記錄兩種情況下陀螺儀輸出均值，再按如下方法去偏 _F+ =+ Qoz cos ;r + cos a + cos ") ( 4 )
=《(F0 — Qoz cos ;k + Q。Y cos a + Qw cos ( 5 )
很明顯，這樣最終求得的標(biāo)度因數(shù)并非K，而是K'cosy。而將這個(gè)預(yù)先 測(cè)得的標(biāo)度因數(shù)數(shù)值引入輸入軸失準(zhǔn)角的計(jì)算，就帶來了小角度近似誤差。此 外，由于K和y的測(cè)試分開進(jìn)行，測(cè)試環(huán)境的差異也會(huì)帶來一定的誤差。
上述測(cè)試方法是傳統(tǒng)陀螺儀測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的沿用，對(duì)于小型、低成本、低精度 的光纖陀螺儀，所引入的誤差較大，無法忽略。當(dāng)前，光纖陀螺儀的技術(shù)正在 飛速發(fā)展，在工程化過程中，光纖陀螺儀各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的評(píng)測(cè)技術(shù)尤為重要， 其失準(zhǔn)角的評(píng)測(cè)需要設(shè)計(jì)更準(zhǔn)確、高效的方法。
中國(guó)專利CN200610011560.2提出了一種陀螺儀標(biāo)度因數(shù)和輸入軸失準(zhǔn)角的
精確解耦測(cè)試方法，但其測(cè)試方法、測(cè)試工裝較為復(fù)雜，不能快速的評(píng)測(cè)光纖 陀螺儀的失準(zhǔn)角。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種光纖陀螺儀輸入軸失準(zhǔn)角 評(píng)測(cè)方法。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
一種高效的光纖陀螺儀輸入軸失準(zhǔn)角評(píng)測(cè)方法，包括如下步驟
(1) 將光纖陀螺儀安裝于轉(zhuǎn)臺(tái)上，使光纖陀螺儀oz軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行；
(2) 給定輸入角速率，依次測(cè)試并記錄轉(zhuǎn)臺(tái)正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)過單圈時(shí)間內(nèi) 光纖陀螺儀輸出的平均值；
(3) 依次改變光纖陀螺儀的安裝狀態(tài)，即分別將光纖陀螺儀的-0Z、 ±0X、 ± OY軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行，重復(fù)上述步驟(2)的測(cè)試；
(4) 對(duì)上述測(cè)得的六組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算出光纖陀螺儀輸入軸失準(zhǔn)角的數(shù)值。進(jìn)一步地，所述步驟(4)中的數(shù)據(jù)處理方法不含近似誤差，保證了測(cè)試值 的正確性；消除了夾具的安裝誤差，保證了測(cè)試值的精度。數(shù)據(jù)處理過程具體 包括如下步驟
(1) 收集上述六個(gè)安裝狀態(tài)下，轉(zhuǎn)臺(tái)正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)過單圈時(shí)間內(nèi)光纖陀 螺儀輸出的平均值數(shù)據(jù)，共計(jì)六組十二個(gè)數(shù)據(jù)。
(2) 將每組數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)臺(tái)正轉(zhuǎn)時(shí)的光纖陀螺儀數(shù)據(jù)減去轉(zhuǎn)臺(tái)反轉(zhuǎn)時(shí)的光纖陀螺儀 數(shù)據(jù)，作為應(yīng)用數(shù)據(jù)處理方法計(jì)算時(shí)的陀螺儀輸出值。
(3) 聯(lián)合土OZ軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行時(shí)的兩組數(shù)據(jù)，消除夾具安裝誤差。并按相 同方法分別聯(lián)合士OX軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行時(shí)的兩組數(shù)據(jù)以及士OY軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng) 軸平行時(shí)的兩組數(shù)據(jù)。
(4) 根據(jù)光纖陀螺儀輸入輸出模型，計(jì)算出輸入軸失準(zhǔn)角。
進(jìn)一步地，使用單軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，使用六面體工裝，將光纖陀螺 儀安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上并可以分別使光纖陀螺儀的土OX、 土0Y、 土OZ軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸 平行；使用三軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，使用工裝將光纖陀螺儀安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框 上，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框、中框?qū)崿F(xiàn)光纖陀螺儀的士OX、 士0Y、 土OZ軸分別與轉(zhuǎn)臺(tái)外 框轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行。
本發(fā)明的有益效果是-
1、 操作簡(jiǎn)單，測(cè)試時(shí)間短，總測(cè)試時(shí)間不超過30分鐘；
2、 數(shù)據(jù)處理方法不含近似誤差，保證了測(cè)試值的正確性，消除了夾具的安 裝誤差，保證了測(cè)試值的精度。


圖1為光纖陀螺儀坐標(biāo)系與輸入軸失準(zhǔn)角的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。 本測(cè)試方法分為轉(zhuǎn)臺(tái)試驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理兩部分。本測(cè)試方法中，光纖陀螺儀 的軸規(guī)定為0Z軸與IRA重合，0X軸與0Y軸在光纖陀螺儀安裝平面內(nèi)相互垂 直并且與0Z軸一起構(gòu)成一個(gè)右手直角坐標(biāo)系，如圖1所示。
本測(cè)試方法可以利用三軸轉(zhuǎn)臺(tái)，也可以利用單軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)配合六面體工裝 進(jìn)行。陀螺儀安裝在測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)上的工裝中，定位精度由轉(zhuǎn)臺(tái)及工裝的精度來保
5證。使用單軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，使用六面體工裝，將光纖陀螺儀安裝在轉(zhuǎn)
臺(tái)上并可以分別使光纖陀螺儀的士OX、 ±OY、 ±OZ軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行；使用
三軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，使用工裝將光纖陀螺儀安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框上，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)
臺(tái)內(nèi)框、中框?qū)崿F(xiàn)光纖陀螺儀的士OX、 ±0Y、 ±0Z軸分別與轉(zhuǎn)臺(tái)外框轉(zhuǎn)動(dòng)軸平 行。
轉(zhuǎn)臺(tái)試驗(yàn)的具體步驟如下
(1) 將光纖陀螺儀安裝于轉(zhuǎn)臺(tái)上，使光纖陀螺儀OZ軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行；
(2) 確定測(cè)試參數(shù)。首先給定輸入角速率Q， 一般的，該角速率應(yīng)為不大于陀
螺儀最大測(cè)量范圍的轉(zhuǎn)臺(tái)允許的較大角速率。其次確定每步驟轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)
n。最后確定每步驟光纖陀螺儀輸出的記錄時(shí)間t,按如下公式計(jì)算
f = 360^; (7)
(3) 將轉(zhuǎn)臺(tái)正向旋轉(zhuǎn)n圈，記錄t時(shí)間內(nèi)光纖陀螺儀輸出的秒平均值Fw
(4) 將轉(zhuǎn)臺(tái)負(fù)向旋轉(zhuǎn)n圈，記錄t時(shí)間內(nèi)光纖陀螺儀輸出的秒平均值F卜；
(5) 改變光纖陀螺儀的安裝方式，將光纖陀螺儀的-0Z軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行， 重復(fù)上述(3) - (4)的測(cè)試，記錄光纖陀螺儀輸出的秒平均值F2+及F2—;
(6) 改變光纖陀螺儀的安裝方式，將光纖陀螺儀的OX軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行， 重復(fù)上述(3) _ (4)的測(cè)試，記錄光纖陀螺儀輸出的秒平均值F3+及F3—;
(7) 改變光纖陀螺儀的安裝方式，將光纖陀螺儀的-OX軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行， 重復(fù)上述(3) _ (4)的測(cè)試，記錄光纖陀螺儀輸出的秒平均值F4+及F4-;
(8) 改變光纖陀螺儀的安裝方式，將光纖陀螺儀的0Y軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行， 重復(fù)上述(3) - (4)的測(cè)試，記錄光纖陀螺儀輸出的秒平均值F5+及Fs-;
(9) 改變光纖陀螺儀的安裝方式，將光纖陀螺儀的-OX軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行， 重復(fù)上述(3) _ (4)的測(cè)試，記錄光纖陀螺儀輸出的秒平均值F6+及F6—;
轉(zhuǎn)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)束后，共采集到6組共12個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出光纖陀 螺儀輸入軸失準(zhǔn)角的數(shù)值，具體步驟如下-
(1)根據(jù)公式(3)可以列出12組數(shù)據(jù)的表達(dá)式為
巧+ = _F2— = A^[F0 + (Qoz + Q) cos y + Qox cos a + Q。y cos / ]
巧_ =巧+ =〖[尸0 + (Poz -cos / + Q。, cos " + cos
F3+ = F4—=+ Qoz cos y + (Q^ + Q) cos " + Qor cos 〃] ( 8 )
= F4+ =尺[尸0 + Qoz cos ;k + (Q。義—Q) cos " + cos "] /^5+ = _F6— = K[i7。 + Qoz cos y + Q。j cos or + (Q。^ + Q) cos y9] F5_ = F6+ 二 J^[F0 + Qoz cos ;k + Qox cos " + - Q) cos / ]
其中Q為給定的轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角速率，F(xiàn)a為第i個(gè)安裝狀態(tài)下轉(zhuǎn)臺(tái)正(反)轉(zhuǎn)時(shí)光纖陀螺儀輸出的秒平均值數(shù)據(jù)。
(2) 將每組數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)臺(tái)正轉(zhuǎn)時(shí)的光纖陀螺儀數(shù)據(jù)減去轉(zhuǎn)臺(tái)反轉(zhuǎn)時(shí)的光纖陀螺儀
數(shù)據(jù)，作為應(yīng)用數(shù)據(jù)處理方法計(jì)算時(shí)的陀螺儀輸出值，艮口 巧=(^+_^—)/2 = XQcos;k
f2 = (f2+ -《一)/ 2 = _《Q cos ;k
F3=(F3+—F3—)/2 = KQcos" (9) F4 = (F4+-) / 2 =-《Q cos a F5 = (F5+ -《-)/ 2 = A:Qcos 〃
(3) 聯(lián)合土OZ軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行時(shí)的兩組數(shù)據(jù)，消除夾具安裝誤差。并按相 同方法分別聯(lián)合士OX軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行時(shí)的兩組數(shù)據(jù)以及士OY軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng) 軸平行時(shí)的兩組數(shù)據(jù)。艮口
Fox=(F3—F4)/2 = KQcosa (10) FOT =(F5-F6)/2 = ii:Qcos"
(4) 根據(jù)光纖陀螺儀輸入輸出模型，計(jì)算出輸入軸失準(zhǔn)角Y。由方向余弦關(guān)系 可知
cos2 ;k + cos2 a + cos2 = 1 (11) 因此可得
;^cos-1( 2氣 J 。 (12) V +尸a^ +
本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)單，測(cè)試時(shí)間短，總測(cè)試時(shí)間不超過30分鐘；且數(shù)據(jù) 處理方法不含近似誤差，保證了測(cè)試值的正確性，消除了夾具的安裝誤差，保 證了測(cè)試值的精度。
權(quán)利要求
1、一種高效的光纖陀螺儀輸入軸失準(zhǔn)角評(píng)測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將光纖陀螺儀安裝于轉(zhuǎn)臺(tái)上，使光纖陀螺儀OZ軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行。(2)給定輸入角速率，依次測(cè)試并記錄轉(zhuǎn)臺(tái)正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)過單圈時(shí)間內(nèi)光纖陀螺儀輸出的平均值。(3)依次改變光纖陀螺儀的安裝狀態(tài)，即分別將光纖陀螺儀的-OZ、±OX、±OY軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行，重復(fù)上述步驟(2)的測(cè)試。(4)對(duì)上述測(cè)得的六組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算出光纖陀螺儀輸入軸失準(zhǔn)角的數(shù)值。
2、 如權(quán)利要求1所述的高效的光纖陀螺儀輸入軸失準(zhǔn)角評(píng)測(cè)方法，其特征在于, 所述步驟(4)中的數(shù)據(jù)處理方法不含近似誤差，保證了測(cè)試值的正確性；消除 了夾具的安裝誤差，保證了測(cè)試值的精度。數(shù)據(jù)處理過程具體包括如下步驟(1) 收集上述六個(gè)安裝狀態(tài)下，轉(zhuǎn)臺(tái)正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)過單圈時(shí)間內(nèi)光纖陀 螺儀輸出的平均值數(shù)據(jù)，共計(jì)六組十二個(gè)數(shù)據(jù)。(2) 將每組數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)臺(tái)正轉(zhuǎn)時(shí)的光纖陀螺儀數(shù)據(jù)減去轉(zhuǎn)臺(tái)反轉(zhuǎn)時(shí)的光纖陀螺儀 數(shù)據(jù)，作為應(yīng)用數(shù)據(jù)處理方法計(jì)算時(shí)的陀螺儀輸出值。(3) 聯(lián)合士OZ軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行時(shí)的兩組數(shù)據(jù)，消除夾具安裝誤差。并按相 同方法分別聯(lián)合土OX軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行時(shí)的兩組數(shù)據(jù)以及士OY軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng) 軸平行時(shí)的兩組數(shù)據(jù)。(4) 根據(jù)光纖陀螺儀輸入輸出模型，計(jì)算出輸入軸失準(zhǔn)角。
3、 如權(quán)利要求1所述的高效的光纖陀螺儀輸入軸失準(zhǔn)角評(píng)測(cè)方法，其特征在于， 使用單軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，使用六面體工裝，將光纖陀螺儀安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上 并可以分別使光纖陀螺儀的士OX、 ±0Y、 ±0Z軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行；使用三軸 速率轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，使用工裝將光纖陀螺儀安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框上，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi) 框、中框?qū)崿F(xiàn)光纖陀螺儀的士OX、 ±0Y、 士OZ軸分別與轉(zhuǎn)臺(tái)外框轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖陀螺儀輸入軸失準(zhǔn)角評(píng)測(cè)方法，光纖陀螺儀安裝在速率轉(zhuǎn)臺(tái)上，首先將光纖陀螺儀的OZ軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行，給定輸入角速率，依次測(cè)試并記錄轉(zhuǎn)臺(tái)正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)過單圈時(shí)間內(nèi)光纖陀螺儀輸出的平均值；再分別將光纖陀螺儀的-OZ、±OX、±OY軸與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行，重復(fù)上述測(cè)試過程。對(duì)全部六組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，精確計(jì)算出光纖陀螺儀輸入軸失準(zhǔn)角的數(shù)值。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，測(cè)試時(shí)間短，同時(shí)保證了測(cè)試值的正確性和精度。
文檔編號(hào)G01C19/72GK101509785SQ20091009675
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月16日
發(fā)明者承 劉, 周一覽, 胡慧珠, 舒曉武 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)