第三章光学惯性测量装置ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,光学惯性测量与导航系统,杨功流 教授,主 讲：,Optic Inertial Measurement & Navigation System,9664,，,6542-823,电 话：,晁代宏 讲师,张小跃 讲师,光学惯性测量与导航系统 杨功流 教授 主 讲：Opt,第三章 光学惯性测量装置,3.1,光学惯性测量装置概述,3.2,光学惯性测量装置总体设计,3.3,光学惯性测量装置误差标定,3.4,光学惯性测量装置温度补偿,第三章 光学惯性测量装置3.1 光学惯性测量装置概述,概述,3.1,光学惯性测量装置概述,光学惯性测量装置是以光纤,/,激光陀螺为角运动测量仪表，主要输出载体角加速度及加速度信息的各类惯性测量设备的统称。其主要构成形式一般有以下几类。,1,）常规的光纤,/,激光陀螺捷联惯性测量组合（,Strap-down Inertial Measurement Unit,，,SIMU,）。捷联惯性测量组合也称为惯性测量单元或惯组等，是捷联惯性导航（制导）技术的硬件基础。常规配置的光纤,/,激光陀螺捷联惯性测量组合产品一般包含正交的,3,个光纤,/,激光陀螺和,3,个加速度计，以及二次电源、信号处理与接口电路等部件，可输出三维角速度、加速度等信息。捷联惯性测量组合和捷联惯导算法结合就可构成捷联惯性导航系统（,Strap-down Inertial Navigation System,，,SINS,）。,概述3.1 光学惯性测量装置概述光学惯性测量装置是以光纤,概述,3.1,光学惯性测量装置概述,2,）非常规的光纤,/,激光陀螺捷联惯性测量组合。这类惯性测量组合也有多种类型，有的仅有,13,个光纤,/,激光陀螺而无加速度计，有的则有,13,个光纤,/,激光陀螺和,12,个加速度计，一般自带二次电源和信息处理器，可输出经过误差补偿后的角速度或角加速度信息，有时称其为“光纤,/,激光陀螺组件”，常用于航天器角速度或角加速度值的测量。,概述3.1 光学惯性测量装置概述2）非常规的光纤/激光陀,概述,3.1,光学惯性测量装置概述,3,）冗余配置型光纤,/,激光陀螺捷联惯性测量组合。惯性陀螺的结构与性能特点有利于实现多表冗余配置，并获得精度和可靠性更高的捷联惯性测量组合产品。这类产品中的光纤,/,激光陀螺和加速度计数量分别都在,3,个以上。按光纤,/,激光陀螺冗余轴数目来划分，常见的有四表和六表冗余配置方案，前者一般采用三轴正交一轴斜置或对称斜置的配置方式，后者常采用六轴对称斜置的配置方案。,概述3.1 光学惯性测量装置概述3）冗余配置型光纤/激光,概述,3.1,光学惯性测量装置概述,4,）由三轴一体光纤,/,激光陀螺构成的惯性测量装置。此类装置与前面几类产品的区别在于它采用了三轴一体化设计的光纤,/,激光陀螺，而不是单轴光纤,/,激光陀螺。三轴一体光纤,/,激光陀螺将,3,个单轴光纤,/,激光陀螺的光路和电路进行集成一体化设计（如公共光源等），使其结构更紧凑、更轻小、更低功耗，它与加速度计也可构成不同类型的惯性测量装置。,概述3.1 光学惯性测量装置概述4）由三轴一体光纤/激光,3.1,光学惯性测量装置概述,3.1 光学惯性测量装置概述,3.1,光学惯性测量装置概述,3.1 光学惯性测量装置概述,3.1,光学惯性测量装置概述,3.1 光学惯性测量装置概述,概述,3.1,光学惯性测量装置概述,上述几类光纤,/,激光陀螺测量装置既可单独形成产品应用到实际中（如用于卫星、飞船的姿态测量等），也可与其他设备或软件组成功能更强的各类应用系统，主要包括基于光纤,/,激光陀螺的惯性导航,/,制导系统、惯性组合导航系统、惯性航姿测量系统、寻北系统、定位,/,定向系统等。因此，光纤,/,激光陀螺惯性测量装置是各类光纤,/,激光陀螺应用系统的硬件基础，直接影响应用系统的技术性能，通过对其结构与电气部件、误差建模与补偿软件、环境适应性与可靠性等方面的优化设计，实现其整体性能的提升，是提高各类光纤,/,激光陀螺应用系统整体性能水平的重要前提。,概述3.1 光学惯性测量装置概述 上述几类光纤/,一般设计流程,3.2,光学惯性测量装置总体设计,光纤,/,激光陀螺惯性测量装置的设计流程一般包括两个方面：一方面是用户任务书指定功能和性能的设计实现，另一方面是产品任务剖面的分析和应用环境条件的适应性设计。,光纤,/,激光陀螺惯性测量装置选定适用的惯性仪表后，在电气接口分析的基础上，形成电气接口及软件设计方案。明确了产品的任务剖面后，有针对性地分解出需要满足的环境条件，在结构设计时充分考虑热设计与电磁兼容性（,EMC,）要求，环境磁场和冲击、振动等力学环境影响等，形成总体结构设计方案。,一般设计流程3.2 光学惯性测量装置总体设计 光,一般设计流程,3.2,光学惯性测量装置总体设计,光纤,/,激光陀螺惯性测量装置设计流程示意图,一般设计流程3.2 光学惯性测量装置总体设计光纤/激光陀螺,系统总体方案确定及精度分配,3.2,光学惯性测量装置总体设计,在研制惯性测量装置产品之前，首先要根据要求确定其总体技术方案，包括产品外形结构与安装接口方案、电路原理与电气接口方案、惯性仪表的类型与配置方案及仪表精度分配等。典型光纤,/,激光陀螺捷联惯性测量组合的元部件一般包括：三轴正交安装的,3,个光纤,/,激光陀螺和,3,个加速度计、不同功能的电路板、惯组本体及其他结构件。其他类型的产品可在上述典型方案的基础上进行某些元部件或功能的适当增减而实现。选择惯性仪表时主要应考虑静,/,动态性能指标、环境条件适应性、价格等因素，并尽量选用成熟技术。,系统总体方案确定及精度分配3.2 光学惯性测量装置总体设计,系统总体方案确定及精度分配,3.2,光学惯性测量装置总体设计,惯性测量装置的电气部分常以信号处理器（如单片机、,DSP,芯片等）和编程逻辑器件（,CPLD,，,FPGA,等）为核心，构成信号处理和接口电路。光纤陀螺捷联惯性测量组合仅需几种直流电源（如 ），常通过,DC/DC,变换器将外部直流电源（如,27V,）变换得到。,系统总体方案确定及精度分配3.2 光学惯性测量装置总体设计,系统总体方案确定及精度分配,3.2,光学惯性测量装置总体设计,在基本确定了光纤,/,激光系统的原理构成方案之后，应根据用户指标要求，按各陀螺与加速度计进行性能指标分解。指标分解的方法主要包括理论推导和数学仿真，或参照已有产品进行类比等方法，同时要考虑产品的工作环境条件，并使所选用惯性仪表的指标留有适当余量。,系统总体方案确定及精度分配3.2 光学惯性测量装置总体设计,系统总体方案确定及精度分配,3.2,光学惯性测量装置总体设计,光纤,/,激光陀螺的主要技术指标和测试程序应该遵循相关标准，如,GJB2426-2004,光纤陀螺测试方法,，,IEEE Std 952-1997,单轴干涉式光纤陀螺仪指标和测试规范性指南,（,IEEE Standard Specification Format Guide and Test Procedure for Single-Axis Interferomentric Fiber Optic Gyros,），,GJB2427-1995,激光陀螺仪测试方法,等。加速度计相关标准有,QJ2402-92,摆式加速度计主要精度指标评定方法,、,GJB1037A-2004,单轴摆式伺服线加速度计实验方法,、,QJ253-86,惯性仪表用电气元件通用技术条件,等。研制方与用户应按相关标准的要求达成一致并体现在研制任务书中。,系统总体方案确定及精度分配3.2 光学惯性测量装置总体设计,系统电路及电气接口方案设计,3.2,光学惯性测量装置总体设计,系统电气部件主要完成惯性系统内各类信号的采集、处理及与外部的信息交换等功能。由于数字电路具有精度高、抗干扰性好、有利于系统集成与提高智能水平等特点，因而电气系统向数字化方向发展是惯性技术产品的未来趋势。光纤,/,激光陀螺惯性系统中的电路部件一般包括：信号采集,/,处理（,CPU,）及接口电路板、温度或加速度等信号的模,/,数转换电路板（如石英挠性加速度计用的,I/F,电路板）、二次电源电路板（一般采用专用,DC/DC,、,AC/DC,模块）等，有的还有温控电路板。,系统电路及电气接口方案设计3.2 光学惯性测量装置总体设计,系统电路及电气接口方案设计,3.2,光学惯性测量装置总体设计,系统对外电气接口方案包括输入,/,输出信号类型与格式、供电（如电源类型、功率）、数据总线类型及通信协议等内容，常用的数据总线有,RS422/485,1553B,ARINC429,CAN,等，有的用户还要求输出模拟量、脉冲量等。产品设计中，应按任务书或用户要求选择适合的电路元件、接插件、电缆等配套件，遵循系列化、通用化和模块化要求，优先选用项目优选目录中指定的元器件，并尽量减少品种类型。,系统电路及电气接口方案设计3.2 光学惯性测量装置总体设计,系统电路及电气接口方案设计,3.2,光学惯性测量装置总体设计,系统电气体制及电磁兼容性设计也是光纤,/,激光陀螺惯性系统电气设计中的一项重要内容。由于光纤,/,激光陀螺直接输出数字量，配套的电气部件也都基本采用数字体制，电磁兼容性能较好。在产品设计时，主要可参考数字电路电磁兼容性设计的相关规范和标准。,系统电路及电气接口方案设计3.2 光学惯性测量装置总体设计,系统机械结构方案设计,3.2,光学惯性测量装置总体设计,光纤,/,激光陀螺惯性系统机械结构承载着惯性仪表和各种电路，既要保证一定的结构强度与刚度，以满足产品的力学、热学、电磁等环境适应性要求，又要保证产品加工与装配的工艺性、维修性，并有利于批量生产和使用维护。系统结构设计要提供惯性仪表在系统的安装位置及方式，并保证所需的安装精度，要避免应力集中的结构，中高精度产品还要考虑采用适当的电磁屏蔽措施。系统的外形结构与安装方式在满足用户要求的前提下，还要考虑其误差系数标定和测试、工作时方位对准等要求（如采用光学瞄准时，需设置光学棱镜等）。,目前结构设计常用的计算机辅助设计软件有,Pro/Engineer,，,Solid Works,等,系统机械结构方案设计3.2 光学惯性测量装置总体设计,寿命与可靠性、安全性、维修性设计,3.2,光学惯性测量装置总体设计,惯性系统寿命分为储存寿命和工作寿命，战术导弹、火箭等要求惯性系统储存寿命长，而工作时间相对短，为保证产品能承受储存过程中的温度和湿度等自然环境的影响，一般采用系统级密封设计，从材料和工艺上保证光纤,/,激光陀螺等惯性仪表性能的长期稳定性。卫星、飞船等空间应用领域，要求惯性系统工作寿命长，可采用长寿命光学器件或采用冗余方案，以延长系统工作寿命。飞机、船舶等应用领域，惯性系统产品不仅长期工作，而且要多次通电、重复使用，因此产品的可检测性、维修性也十分重要。可检测性的改善将减少故障检测时间、降低维修费用，也将其看作维修性的一部分。,寿命与可靠性、安全性、维修性设计3.2 光学惯性测量装置总,系统实验和验证方案设计,3.2,光学惯性测量装置总体设计,惯性测量组合中惯性仪表误差模型系数标定和误差补偿技术。,惯性仪表误差中的确定性部分可通过标定分离出来并在使用时进行补偿。将惯性仪表的实际输出与已知输入时的理论输出进行比较就可完成惯性测量装置的标定。如以地球转速（ ）、转台转速作为速率基准可标定陀螺的误差模型系数，以地球重力加速度（,g,）为基准可标定加速度计的误差模型系数。,惯性仪表的输出可能受温度和磁场等环境因素的影响，特定应用场合需要测试出惯性仪表对环境的灵敏度，并可通过屏蔽或建模补偿的方法降低其影响。,系统实验和验证方案设计3.2 光学惯性测量装置总体设计惯性,系统实验和验证方案设计,3.2,光学惯性测量装置总体设计,环境应力筛选及环境适应性试验,环境应力筛选时产品研制过程中的一个重要环节，其目的是通过施加一种或几种规定的应力，将制造过程中引入产品的各种潜在缺陷在出厂前以硬件故障的形式暴露出来加以剔除，可防止其在产品交付后的使用环境中变为故障。通过该实验可淘汰早期失效产品，尽早让产品进入失效率浴盆曲线的平直段，从而可达到提高产品使用可靠性的目的。,系统实验和验证方案设计3.2 光学惯性测量装置总体设计环境,系统实验和验证方案设计,3.2,光学惯性测量装置总体设计,综合性能试验,综合性能试验一般要按用户要求进行，包括相关的精度试验、参数稳定性试验、可靠性试验，以及配合总体部门的半物理仿真试验、车,/,船载条件下试验、全弹（箭）或整星联合试验等，以对惯性系统得到整体性能与质量稳定度等做出较客观、全面的评价。,系统实验和验证方案设计3.2 光学惯性测量装置总体设计综合,标定技术概述,标定,：通过比较仪表的输出值与已知的基准信息确定仪表模型参数，使仪表输出在其取值范围内符合基准信息的过程。标定技术的理论基础是系统辨识，其目的是确定惯性仪表和惯导系统的数学模型或误差数学模型的参数。,3.3,光学惯性测量装置误差标定,标定技术概述标定：通过比较仪表的输出值与已知的基准信息确定仪,标定技术概述,基准信息,基准加速度：,标定点的当地表观重力矢量值,水平向加速度为,0,基准角速率：,稳定的基准角速率,地球旋转速率,基准位置：,标定地点的位置精确已知,基准速度：,转台上速度为零,3.3,光学惯性测量装置误差标定,标定技术概述基准信息3.3 光学惯性测量装置误差标定,根据标定观测量分类：分立标定法和系统级标定法。,分立标定法直接利用陀螺仪和加速度计输出作为观测量与地球自转角速度、重力加速度和转台角速度进行比较得到标定参数 ；,系统级标定则利用陀螺仪和加速度计输出进行惯导解算，以导航误差作为观测量来得到标定参数。,标定分类,3.3,光学惯性测量装置误差标定,根据标定观测量分类：分立标定法和系统级标定法。标定分类3.3,分立标定法直接利用,IMU,的输出进行标定。标定一般是将加速度计和陀螺仪分开。,加速度计的标定一般采用多位置法，由惯性测试转台提供多个转动位置，给每个加速度计提供不同的重力加速度分量输入，在每个位置上采集加表输出来标定加速度计参数，一般有四位置法、八位置法、十二位置法等；,陀螺仪的标定一般是进行速率试验，利用速率转台给陀螺仪提供精确的速率输入，采集陀螺输出以标定陀螺仪的参数；为了标定出每个陀螺的参数，需要在每个陀螺的输入轴方向都要有角速度输入。,分立标定法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,分立标定法直接利用IMU的输出进行标定。标定一般是将加速度计,如光纤陀螺，几乎不受加速度影响，因此可以忽略不计和加速度有关的误差，模型如下,:,陀螺仪误差模型,3.3,光学惯性测量装置误差标定,如光纤陀螺，几乎不受加速度影响，因此可以忽略不计和加速度有关,以上对单轴陀螺仪进行了误差分析，下面给出三轴陀螺简化误差模型：,陀螺仪误差模型,3.3,光学惯性测量装置误差标定,以上对单轴陀螺仪进行了误差分析，下面给出三轴陀螺简化误差模,加速度计误差模型,3.3,光学惯性测量装置误差标定,以上对单轴加速度计进行了误差分析，下面给出三轴加速度计简化误差模型：,加速度计误差模型3.3 光学惯性测量装置误差标定,惯导系统标定的目的就是准确求出由惯性仪表以及仪表安装组合引起的以下,24,个误差系数：,惯性器件误差模型,3.3,光学惯性测量装置误差标定,惯导系统标定的目的就是准确求出由惯性仪表以及仪表安装组合,1,）组合,X,，,Y,，,Z,三轴分别向上、向下共“六位置”绕铅垂线东南西北转,1,圈作,4,点采样以求其均值（六位置,24,点）：,“六位置,24,点”标定方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,1）组合X，Y，Z三轴分别向上、向下共“六位置”绕铅垂线东南,例：,X,轴分别向上、向下的采样点：,“六位置,24,点”标定方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,IMU,各轴朝向,位置,1,X,轴,Y,轴,Z,轴,点,1,1,天,东,北,点,1,2,天,南,东,点,1,3,天,西,南,点,1,4,天,北,西,IMU,各轴朝向,位置,2,X,轴,Y,轴,Z,轴,点,2,1,地,东,南,点,2,2,地,南,西,点,2,3,地,西,北,点,2,4,地,北,东,例：X轴分别向上、向下的采样点：“六位置24点”标定方法3.,2,）将六位置的每位置,4,点采样平均,“六位置,24,点”标定方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,原始数组,N(24,6),转化为,F(6,6),。,2）将六位置的每位置4点采样平均“六位置24点”标定方法3.,1),加速度敏感轴（,j,）模型方程系数的标定,模型系数求解方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,或,式中,j=1,2,3(1,表示该轴与,X,轴靠近；,2,表示该轴与,Y,轴接近；,3,表示该轴与,Z,轴接近,),1)加速度敏感轴（j）模型方程系数的标定模型系数求解方法3.,1),加速度敏感轴（,j,）模型方程系数的标定,模型系数求解方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,或,为敏感测量轴,j,的零次项系数,的方向数，即第,j,条轴的当量沿组合坐标系的分当量；,输入组合的加速度三维向量,为敏感测量轴,j,在组合系的方向余弦,1)加速度敏感轴（j）模型方程系数的标定模型系数求解方法3.,1),加速度敏感轴（,j,）模型方程系数的标定,模型系数求解方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,或,从数组,F,（,6,，,6),，可以列出,6,个有关,j,敏感轴的方程，但上式中只有,Koj,，,Kxj,，,Kyj,，,Kzj,未知，方程数多于未知数，可按多元回归求解。,1)加速度敏感轴（j）模型方程系数的标定模型系数求解方法3.,模型系数求解方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,设,原方程为,回归系数为,模型系数求解方法3.3 光学惯性测量装置误差标定设原方,模型系数求解方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,偏置（零次项系数）为,当量的各分量为,模型系数求解方法3.3 光学惯性测量装置误差标定 偏,模型系数求解方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,j,轴当量,方向余弦,模型系数求解方法3.3 光学惯性测量装置误差标定j轴当,2,）角速度敏感轴模型方程系数的标定,模型系数求解方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,（,注：机械陀螺,）,为敏感测量轴,i,单位时间的输出,为敏感测量轴,i,的当量,为测量轴,i,的零次项漂移系数；,为分别 由引起并与其成正比，作用在测量轴,i,上的一次项漂移系数,2）角速度敏感轴模型方程系数的标定模型系数求解方法3.3,2,）角速度敏感轴模型方程系数的标定,a,） 角速度敏感轴的当量 及方向余弦的标定,通过,X/Y/Z,向上时正反转,360,即可得数组（,6,，,m,）其中,m,为角速度测量轴的条数，若正反转时间基本相等（零次项误,差可忽略）则有关,i,轴沿,X/Y/Z,的分当量，每角秒脉冲数为,模型系数求解方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,2）角速度敏感轴模型方程系数的标定模型系数求解方法3.3,模型系数求解方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,绕测量轴,i,转 的脉冲数为,敏感轴,i,的方向余弦,模型系数求解方法3.3 光学惯性测量装置误差标定绕测量,b,）角速度敏感轴的误差系数的标定,从数组,F,（,6,I,）可列出,6,个有关,i,轴的方程，其中只有,未知。方程数多于未知数，可按多元回归求解：,模型系数求解方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,b ）角速度敏感轴的误差系数的标定 模型系数求解方法3.3,设,模型系数求解方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,式中 为当地纬度,设模型系数求解方法3.3 光学惯性测量装置误差标定式中,模型系数求解方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,原方程为,回归系数为,模型系数求解方法3.3 光学惯性测量装置误差标定原方程,模型系数求解方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,也可按下列关系式求之,模型系数求解方法3.3 光学惯性测量装置误差标定也可按,1,）设备无定向，消除地速水平分量影响,2,）消除调平不准对地速垂直分量、重力垂直与水平分量影响,该方法优点,3.3,光学惯性测量装置误差标定,1）设备无定向，消除地速水平分量影响该方法优点3.3,该方法缺点,3.3,光学惯性测量装置误差标定,标定过程复杂，标定时间长，陀螺标度拟合不准确。,该方法缺点3.3 光学惯性测量装置误差标定标定过程复杂,惯组输出加速度误差模型,3.3,光学惯性测量装置误差标定,51,、 、,分别表示光纤惯组X、Y、Z三个方向的输出加速度,。,、 、 分别表示光纤惯组经过误差标定与补偿之后X、Y、Z三个方向的输出加速度,、 、 分别表示光纤惯组X、Y、Z三个方向的轴向加速度零偏误差,惯组输出加速度误差模型3.3 光学惯性测量装置误差标定,惯组输出加速度误差模型,3.3,光学惯性测量装置误差标定,52,、,、,分别表示光纤惯组X、Y、Z三个方向中包含误差的轴向加速度标度因数值,分别表示光纤惯组X、Y、Z三个方向中任意一个轴向绕另一个轴朝向第三个轴的失准角度,惯组输出加速度误差模型3.3 光学惯性测量装置误差标定,加表标定实现方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,首先,将光纤惯组通过安装基准面安装于六面体（标定工装）上，六面体有基准靠面，通过六面体在有北向基准的大理石平台进行翻滚，可以使光纤惯组各轴向准确朝向不同方向，即光纤惯组可以准确放置不同点位。将光纤惯组分别按位置,1,、,2,、,3,、,4,、,5,、,6,放置，如,下表,所示，每位置测试,2,分钟，计算各位置点光纤惯组各向加速度输出量均值。,加表标定实现方法3.3 光学惯性测量装置误差标定,加表标定实现方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,加表标定实现方法3.3 光学惯性测量装置误差标定,加表标定求解方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,加表,零偏,：,加表标度：,加表安装误差：,加表标定求解方法3.3 光学惯性测量装置误差标定加表零,惯组输出角速度误差模型,3.3,光学惯性测量装置误差标定,56,、 、,分别表示光纤惯组X、Y、Z三个方向的输出,角,速度,。,、 、,分别表示光纤惯组经过误差标定与补偿之后X、Y、Z三个方向的输出,角,速度,、 、,分别表示光纤惯组X、Y、Z三个方向的轴向,角,速度零偏误差,惯组输出角速度误差模型3.3 光学惯性测量装置误差标定,惯组输出角速度误差模型,3.3,光学惯性测量装置误差标定,、,、,分别表示光纤惯组X、Y、Z三个方向中包含误差的轴向,角,速度标度因数值,、 、,、 、,、,分别表示光纤惯组X、Y、Z三个方向中任意一个轴向绕另一个轴朝向第三个轴的失准角度,惯组输出角速度误差模型3.3 光学惯性测量装置误差标定,陀螺标定实现方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,首先将光纤惯组通过安装基准面安装于六面体（标定工装）上，六面体有基准靠面，通过六面体在有北向基准的大理石平台进行翻滚，可以使光纤惯组各轴向准确朝向不同方向，即光纤惯组可以准确放置不同点位。将光纤惯组分别按位置,1,、,2,、,3,放置，如,下表,所示，每个位置测试,10,分钟，计算各位置点朝东方向的光纤惯组角速率输出量均值。,陀螺标定实现方法3.3 光学惯性测量装置误差标定首先将,陀螺标定实现方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,将六面体安装于单轴速率转台，分别使惯组,X,、,Y,、,Z,轴沿转台自转轴方向放置即平行朝天放置，速率转台在惯组角速率量测范围内（,200,/s,）按照以下顺序转动，旋转速率分别为：,0/s,（静止测试）、,0.1/s,、,-0.1/s,、,0.2/s,、,-0.2/s,、,0.5/s,、,-0.5/s,、,1/s,、,-1/s,、,3/s,、,-3/s,、,5/s,、,-5/s,、,8/s,、,-8/s,、,10/s,、,-10/s,、,20/s,、,-20/s,、,50/s,、,-50/s,、,80/s,、,-80/s,、,100/s,、,-100/s,、,150/s,、,-150/s,、,200/s,、,-200/s,，每速率点转动,2,分钟，计算各转动速率点下惯组转动轴向输出角速率均值以及以,150/s,和,-150/s,角速率转动时两水平轴向输出角速率均值，以,X,轴转动为例，如,下表,中所示。,陀螺标定实现方法3.3 光学惯性测量装置误差标定将六面,陀螺标定实现方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,陀螺标定实现方法3.3 光学惯性测量装置误差标定,陀螺标定实现方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,陀螺标定实现方法3.3 光学惯性测量装置误差标定,陀螺标定求解方法,3.3,光学惯性测量装置误差标定,陀螺,零偏,：,X,陀螺标度：,X,陀螺安装误差：,Y,、,Z,轴,的陀螺的标度及安装误差,用类似的方法求得,。,陀螺标定求解方法3.3 光学惯性测量装置误差标定陀螺零,光纤陀螺的温度漂移误差与光纤陀螺所在位置的温度场分布密切相关。光纤陀螺独立测试时，技术手段上比较容易保证周围温度场的均匀稳定，或者相对光纤环中心对称地变化。光纤陀螺在系统应用时，除了光纤陀螺自身发热外，其周围的其他仪表和电路也都会发热，此时的温度场与其单独测试时有很大不同。因此，单独对光纤陀螺进行温度性能测试的结果只能作为系统测试时的参考，并不能代替系统整体测试的结果，精度要求越高越是如此。,光纤陀螺温度误差建模概述,3.4,光学惯性测量装置温度补偿,光纤陀螺的温度漂移误差与光纤陀螺所在位置的温度场分布密,温度误差可补偿的前提条件是陀螺漂移与温度之间存在确定的函数关系，且具有良好重复性。,温度及其变化率是引起光纤陀螺误差的主要环境因素之一，可通过建立数学模型而加以补偿；而电场、磁场、振动、冲击等环境因素引起的误差一般难以通过建模与补偿加以解决。所以，在光纤陀螺惯性组合设计产品的误差建模中，一般仅针对产品工作时的温度特性对惯性仪表的零偏和标度因数进行建模。,光纤陀螺温度误差建模概述,3.4,光学惯性测量装置温度补偿,温度误差可补偿的前提条件是陀螺漂移与温度之间存在确定的,光纤陀螺零偏的确定温度误差模型：,式中,光纤陀螺温度误差建模概述,3.4,光学惯性测量装置温度补偿,陀螺零偏；,模型常值项；,分别是与温度 和温度变化率 相关的误差系数。,光纤陀螺零偏的确定温度误差模型：光纤陀螺温度误差建模概述3.,光纤陀螺的温度漂移误差可以看成温度场在多个典型空间位置上的取值及其对时间导数的线性组合。建立这类线性模型较为简单实用的方法是基于多元线性回归统计的方法。取至少,2,个位置的温度及温度变化率，得到陀螺温度误差的多元线性回归模型为,式中,多元线性回归建模方法的应用,3.4,光学惯性测量装置温度补偿,第,i,位置的温度和温度变化率；,对应模型回归系数，即模型被估计量；,模型目标函数，即温度误差；,随机温度误差；,光纤陀螺的温度漂移误差可以看成温度场在多个典型空间位,在战术武器等应用领域，常要求光纤陀螺惯性测量装置具有快速启动功能，在对测量精度要求较高的应用中，须建立惯性测量组合中各光纤陀螺通电启动过程的温度误差模型并对相关误差进行实时补偿。,（,1,）短时间工作时的启动过程建模,由于短时间通电惯组内部尚未达到热平衡，工作就已结束，光纤陀螺内部温度环境与通电时刻很接近，基本可不考虑通电后短时间内温度变化对光纤陀螺误差系数的影响，只需建立光纤陀螺在不同温度下通电启动时的零偏变化模型。,光纤陀螺在惯测组合通电启动过程中的零偏温度误差建模,3.4,光学惯性测量装置温度补偿,在战术武器等应用领域，常要求光纤陀螺惯性测量装置具有快速,使用光纤陀螺内部的一个监控点温度作为输入，零偏温度误差模型为,光纤陀螺在惯测组合通电启动过程中的零偏温度误差建模,3.4,光学惯性测量装置温度补偿,监控点温度；,参考温度；,随机误差；,使用光纤陀螺内部的一个监控点温度作为输入，零偏温度误,（,2,）工作时间较长时的启动过程建模,当惯组工作时间较长时，光纤陀螺内部温度场在通电后将随时间不断变化并逐渐达到热平衡，这一过程相对较慢且直接影响陀螺零偏，为满足全过程精度要求，需对通电后陀螺零偏变化过程进行建模并加以补偿。,光纤陀螺在惯测组合通电启动过程中的零偏温度误差建模,3.4,光学惯性测量装置温度补偿,（2）工作时间较长时的启动过程建模光纤陀螺在惯测组合通电启动,可在陀螺内部的光路和电路上各设一个或多个测温点，以,2,个测温点为例，取两点的测量温度 ， ，两点的温度变化率 ， 作为状态变量，得到零偏的温度模型为,式中,光纤陀螺在惯测组合通电启动过程中的零偏温度误差建模,3.4,光学惯性测量装置温度补偿,各项温度误差系数,可在陀螺内部的光路和电路上各设一个或多个测温点，以,光纤陀螺惯组通电启动后，随着时间的推移其内部温度场将逐渐达到稳态，但环境温度波动也会影响惯组内部温度场的稳定性，从而影响其测量精度。光纤陀螺工作稳定后因外界温度扰动引起的温度误差变化规律，与启动过程的变化规律有相似之处也有差异。相似之处都是内部温度场变化引起漂移，不同之处在于后者的发热源主要是惯组内部仪表及元器件；前者的误差源主要是外部环境温度，是由外而内的影响，两者的影响机理不同。,光纤陀螺在惯组稳态工作时的零偏温度误差建模,3.4,光学惯性测量装置温度补偿,光纤陀螺惯组通电启动后，随着时间的推移其内部温度场,以光纤陀螺组件某轴为例，采集多个试验样本数据后进行多变量回归统计分析，提出对模型影响不显著的测温点，保留光纤陀螺光纤环上下端面和电路组件的温度 及其温度变化率 共,6,个变量,式中,光纤陀螺在惯组稳态工作时的零偏温度误差建模,3.4,光学惯性测量装置温度补偿,各项温度误差系数,以光纤陀螺组件某轴为例，采集多个试验样本数据后进行,不同类型的加速度计受温度影响的程度是不同的，以石英挠性加速度计为例。,加速度计零偏 的三阶温度模型方程如下：,式中,加速度计的零偏和标度因数温度误差建模,3.4,光学惯性测量装置温度补偿,时加速度计零偏值,分别为加速度计零偏温度模型中的一阶、二阶和三阶温度系数,随机误差,不同类型的加速度计受温度影响的程度是不同的，以石英,标度因数 的线性温度模型方程,式中,加速度计的零偏和标度因数温度误差建模,3.4,光学惯性测量装置温度补偿,分别为模型的零次项系数和一次项系数；,随机误差,标度因数 的线性温度模型方程3.4 光学惯性测,The End,The End,