第三章光学惯性测量装置课件.ppt

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第三章光学惯性测量装置课件

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 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 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; 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 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; (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 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 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 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 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

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