1、光學慣性測量與導航系統(tǒng),楊功流 教授,主 講：,Optic Inertial Measurement & Navigation System,9664，6542-823,電 話：,晁代宏 講師,張小躍 講師,1,精制知識,第三章 光學慣性測量裝置,3.1 光學慣性測量裝置概述 3.2 光學慣性測量裝置總體設計 3.3 光學慣性測量裝置誤差標定 3.4 光學慣性測量裝置溫度補償,2,精制知識,概述,3.1 光學慣性測量裝置概述,光學慣性測量裝置是以光纖/激光陀螺為角運動測量儀表，主要輸出載體角加速度及加速度信息的各類慣性測量設備的統(tǒng)稱。其主要構成形式一般有以下幾類。 1）常規(guī)的光纖/激光陀螺捷聯(lián)

2、慣性測量組合（Strap-down Inertial Measurement Unit，SIMU）。捷聯(lián)慣性測量組合也稱為慣性測量單元或慣組等，是捷聯(lián)慣性導航（制導）技術的硬件基礎。常規(guī)配置的光纖/激光陀螺捷聯(lián)慣性測量組合產(chǎn)品一般包含正交的3個光纖/激光陀螺和3 個加速度計，以及二次電源、信號處理與接口電路等部件，可輸出三維角速度、加速度等信息。捷聯(lián)慣性測量組合和捷聯(lián)慣導算法結合就可構成捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)（Strap-down Inertial Navigation System，SINS）。,3,精制知識,概述,3.1 光學慣性測量裝置概述,2）非常規(guī)的光纖/激光陀螺捷聯(lián)慣性測量組合。這類慣性

3、測量組合也有多種類型，有的僅有13個光纖/激光陀螺而無加速度計，有的則有13個光纖/激光陀螺和12個加速度計，一般自帶二次電源和信息處理器，可輸出經(jīng)過誤差補償后的角速度或角加速度信息，有時稱其為“光纖/激光陀螺組件”，常用于航天器角速度或角加速度值的測量。,4,精制知識,概述,3.1 光學慣性測量裝置概述,3）冗余配置型光纖/激光陀螺捷聯(lián)慣性測量組合。慣性陀螺的結構與性能特點有利于實現(xiàn)多表冗余配置，并獲得精度和可靠性更高的捷聯(lián)慣性測量組合產(chǎn)品。這類產(chǎn)品中的光纖/激光陀螺和加速度計數(shù)量分別都在3個以上。按光纖/激光陀螺冗余軸數(shù)目來劃分，常見的有四表和六表冗余配置方案，前者一般采用三軸正交一軸斜置

4、或對稱斜置的配置方式，后者常采用六軸對稱斜置的配置方案。,5,精制知識,概述,3.1 光學慣性測量裝置概述,4）由三軸一體光纖/激光陀螺構成的慣性測量裝置。此類裝置與前面幾類產(chǎn)品的區(qū)別在于它采用了三軸一體化設計的光纖/激光陀螺，而不是單軸光纖/激光陀螺。三軸一體光纖/激光陀螺將3個單軸光纖/激光陀螺的光路和電路進行集成一體化設計（如公共光源等），使其結構更緊湊、更輕小、更低功耗，它與加速度計也可構成不同類型的慣性測量裝置。,6,精制知識,3.1 光學慣性測量裝置概述,7,精制知識,3.1 光學慣性測量裝置概述,8,精制知識,3.1 光學慣性測量裝置概述,9,精制知識,概述,3.1 光學慣性測量

5、裝置概述,上述幾類光纖/激光陀螺測量裝置既可單獨形成產(chǎn)品應用到實際中（如用于衛(wèi)星、飛船的姿態(tài)測量等），也可與其他設備或軟件組成功能更強的各類應用系統(tǒng)，主要包括基于光纖/激光陀螺的慣性導航/制導系統(tǒng)、慣性組合導航系統(tǒng)、慣性航姿測量系統(tǒng)、尋北系統(tǒng)、定位/定向系統(tǒng)等。因此，光纖/激光陀螺慣性測量裝置是各類光纖/激光陀螺應用系統(tǒng)的硬件基礎，直接影響應用系統(tǒng)的技術性能，通過對其結構與電氣部件、誤差建模與補償軟件、環(huán)境適應性與可靠性等方面的優(yōu)化設計，實現(xiàn)其整體性能的提升，是提高各類光纖/激光陀螺應用系統(tǒng)整體性能水平的重要前提。,10,精制知識,一般設計流程,3.2 光學慣性測量裝置總體設計,光纖/激光陀螺

6、慣性測量裝置的設計流程一般包括兩個方面：一方面是用戶任務書指定功能和性能的設計實現(xiàn)，另一方面是產(chǎn)品任務剖面的分析和應用環(huán)境條件的適應性設計。 光纖/激光陀螺慣性測量裝置選定適用的慣性儀表后，在電氣接口分析的基礎上，形成電氣接口及軟件設計方案。明確了產(chǎn)品的任務剖面后，有針對性地分解出需要滿足的環(huán)境條件，在結構設計時充分考慮熱設計與電磁兼容性（EMC）要求，環(huán)境磁場和沖擊、振動等力學環(huán)境影響等，形成總體結構設計方案。,11,精制知識,一般設計流程,3.2 光學慣性測量裝置總體設計,光纖/激光陀螺慣性測量裝置設計流程示意圖,12,精制知識,系統(tǒng)總體方案確定及精度分配,3.2 光學慣性測量裝置總體設計

7、,在研制慣性測量裝置產(chǎn)品之前，首先要根據(jù)要求確定其總體技術方案，包括產(chǎn)品外形結構與安裝接口方案、電路原理與電氣接口方案、慣性儀表的類型與配置方案及儀表精度分配等。典型光纖/激光陀螺捷聯(lián)慣性測量組合的元部件一般包括：三軸正交安裝的3個光纖/激光陀螺和3個加速度計、不同功能的電路板、慣組本體及其他結構件。其他類型的產(chǎn)品可在上述典型方案的基礎上進行某些元部件或功能的適當增減而實現(xiàn)。選擇慣性儀表時主要應考慮靜/動態(tài)性能指標、環(huán)境條件適應性、價格等因素，并盡量選用成熟技術。,13,精制知識,系統(tǒng)總體方案確定及精度分配,3.2 光學慣性測量裝置總體設計,慣性測量裝置的電氣部分常以信號處理器（如單片機、DS

8、P芯片等）和編程邏輯器件（CPLD，F(xiàn)PGA等）為核心，構成信號處理和接口電路。光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量組合僅需幾種直流電源（如 ），常通過DC/DC變換器將外部直流電源（如27V）變換得到。,14,精制知識,系統(tǒng)總體方案確定及精度分配,3.2 光學慣性測量裝置總體設計,在基本確定了光纖/激光系統(tǒng)的原理構成方案之后，應根據(jù)用戶指標要求，按各陀螺與加速度計進行性能指標分解。指標分解的方法主要包括理論推導和數(shù)學仿真，或參照已有產(chǎn)品進行類比等方法，同時要考慮產(chǎn)品的工作環(huán)境條件，并使所選用慣性儀表的指標留有適當余量。,15,精制知識,系統(tǒng)總體方案確定及精度分配,3.2 光學慣性測量裝置總體設計,光纖/激光

9、陀螺的主要技術指標和測試程序應該遵循相關標準，如GJB2426-2004 光纖陀螺測試方法，IEEE Std 952-1997單軸干涉式光纖陀螺儀指標和測試規(guī)范性指南（IEEE Standard Specification Format Guide and Test Procedure for Single-Axis Interferomentric Fiber Optic Gyros）， GJB2427-1995 激光陀螺儀測試方法等。加速度計相關標準有QJ2402-92擺式加速度計主要精度指標評定方法、GJB1037A-2004單軸擺式伺服線加速度計實驗方法、QJ253-86慣性儀表用電氣

10、元件通用技術條件等。研制方與用戶應按相關標準的要求達成一致并體現(xiàn)在研制任務書中。,16,精制知識,系統(tǒng)電路及電氣接口方案設計,3.2 光學慣性測量裝置總體設計,系統(tǒng)電氣部件主要完成慣性系統(tǒng)內各類信號的采集、處理及與外部的信息交換等功能。由于數(shù)字電路具有精度高、抗干擾性好、有利于系統(tǒng)集成與提高智能水平等特點，因而電氣系統(tǒng)向數(shù)字化方向發(fā)展是慣性技術產(chǎn)品的未來趨勢。光纖/激光陀螺慣性系統(tǒng)中的電路部件一般包括：信號采集/處理（CPU）及接口電路板、溫度或加速度等信號的模/數(shù)轉換電路板（如石英撓性加速度計用的I/F電路板）、二次電源電路板（一般采用專用DC/DC、AC/DC模塊）等，有的還有溫控電路板。

11、,17,精制知識,系統(tǒng)電路及電氣接口方案設計,3.2 光學慣性測量裝置總體設計,系統(tǒng)對外電氣接口方案包括輸入/輸出信號類型與格式、供電（如電源類型、功率）、數(shù)據(jù)總線類型及通信協(xié)議等內容，常用的數(shù)據(jù)總線有RS422/485,1553B,ARINC429,CAN等，有的用戶還要求輸出模擬量、脈沖量等。產(chǎn)品設計中，應按任務書或用戶要求選擇適合的電路元件、接插件、電纜等配套件，遵循系列化、通用化和模塊化要求，優(yōu)先選用項目優(yōu)選目錄中指定的元器件，并盡量減少品種類型。,18,精制知識,系統(tǒng)電路及電氣接口方案設計,3.2 光學慣性測量裝置總體設計,系統(tǒng)電氣體制及電磁兼容性設計也是光纖/激光陀螺慣性系統(tǒng)電氣設

12、計中的一項重要內容。由于光纖/激光陀螺直接輸出數(shù)字量，配套的電氣部件也都基本采用數(shù)字體制，電磁兼容性能較好。在產(chǎn)品設計時，主要可參考數(shù)字電路電磁兼容性設計的相關規(guī)范和標準。,19,精制知識,系統(tǒng)機械結構方案設計,3.2 光學慣性測量裝置總體設計,光纖/激光陀螺慣性系統(tǒng)機械結構承載著慣性儀表和各種電路，既要保證一定的結構強度與剛度，以滿足產(chǎn)品的力學、熱學、電磁等環(huán)境適應性要求，又要保證產(chǎn)品加工與裝配的工藝性、維修性，并有利于批量生產(chǎn)和使用維護。系統(tǒng)結構設計要提供慣性儀表在系統(tǒng)的安裝位置及方式，并保證所需的安裝精度，要避免應力集中的結構，中高精度產(chǎn)品還要考慮采用適當?shù)碾姶牌帘未胧?。系統(tǒng)的外形結構與

13、安裝方式在滿足用戶要求的前提下，還要考慮其誤差系數(shù)標定和測試、工作時方位對準等要求（如采用光學瞄準時，需設置光學棱鏡等）。 目前結構設計常用的計算機輔助設計軟件有Pro/Engineer，Solid Works等,20,精制知識,壽命與可靠性、安全性、維修性設計,3.2 光學慣性測量裝置總體設計,慣性系統(tǒng)壽命分為儲存壽命和工作壽命，戰(zhàn)術導彈、火箭等要求慣性系統(tǒng)儲存壽命長，而工作時間相對短，為保證產(chǎn)品能承受儲存過程中的溫度和濕度等自然環(huán)境的影響，一般采用系統(tǒng)級密封設計，從材料和工藝上保證光纖/激光陀螺等慣性儀表性能的長期穩(wěn)定性。衛(wèi)星、飛船等空間應用領域，要求慣性系統(tǒng)工作壽命長，可采用長壽命光學器

14、件或采用冗余方案，以延長系統(tǒng)工作壽命。飛機、船舶等應用領域，慣性系統(tǒng)產(chǎn)品不僅長期工作，而且要多次通電、重復使用，因此產(chǎn)品的可檢測性、維修性也十分重要?？蓹z測性的改善將減少故障檢測時間、降低維修費用，也將其看作維修性的一部分。,21,精制知識,系統(tǒng)實驗和驗證方案設計,3.2 光學慣性測量裝置總體設計,慣性測量組合中慣性儀表誤差模型系數(shù)標定和誤差補償技術。 慣性儀表誤差中的確定性部分可通過標定分離出來并在使用時進行補償。將慣性儀表的實際輸出與已知輸入時的理論輸出進行比較就可完成慣性測量裝置的標定。如以地球轉速（ ）、轉臺轉速作為速率基準可標定陀螺的誤差模型系數(shù)，以地球重力加速度（g）為基準可標定加

15、速度計的誤差模型系數(shù)。 慣性儀表的輸出可能受溫度和磁場等環(huán)境因素的影響，特定應用場合需要測試出慣性儀表對環(huán)境的靈敏度，并可通過屏蔽或建模補償?shù)姆椒ń档推溆绊憽?22,精制知識,系統(tǒng)實驗和驗證方案設計,3.2 光學慣性測量裝置總體設計,環(huán)境應力篩選及環(huán)境適應性試驗 環(huán)境應力篩選時產(chǎn)品研制過程中的一個重要環(huán)節(jié)，其目的是通過施加一種或幾種規(guī)定的應力，將制造過程中引入產(chǎn)品的各種潛在缺陷在出廠前以硬件故障的形式暴露出來加以剔除，可防止其在產(chǎn)品交付后的使用環(huán)境中變?yōu)楣收?。通過該實驗可淘汰早期失效產(chǎn)品，盡早讓產(chǎn)品進入失效率浴盆曲線的平直段，從而可達到提高產(chǎn)品使用可靠性的目的。,23,精制知識,系統(tǒng)實驗和驗證

16、方案設計,3.2 光學慣性測量裝置總體設計,綜合性能試驗 綜合性能試驗一般要按用戶要求進行，包括相關的精度試驗、參數(shù)穩(wěn)定性試驗、可靠性試驗，以及配合總體部門的半物理仿真試驗、車/船載條件下試驗、全彈（箭）或整星聯(lián)合試驗等，以對慣性系統(tǒng)得到整體性能與質量穩(wěn)定度等做出較客觀、全面的評價。,24,精制知識,標定技術概述,標定：通過比較儀表的輸出值與已知的基準信息確定儀表模型參數(shù)，使儀表輸出在其取值范圍內符合基準信息的過程。標定技術的理論基礎是系統(tǒng)辨識，其目的是確定慣性儀表和慣導系統(tǒng)的數(shù)學模型或誤差數(shù)學模型的參數(shù)。,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,25,精制知識,標定技術概述,基準信息 基準加速度：

17、標定點的當?shù)乇碛^重力矢量值 水平向加速度為0 基準角速率：穩(wěn)定的基準角速率 地球旋轉速率 基準位置：標定地點的位置精確已知 基準速度： 轉臺上速度為零,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,26,精制知識,根據(jù)標定觀測量分類：分立標定法和系統(tǒng)級標定法。 分立標定法直接利用陀螺儀和加速度計輸出作為觀測量與地球自轉角速度、重力加速度和轉臺角速度進行比較得到標定參數(shù) ； 系統(tǒng)級標定則利用陀螺儀和加速度計輸出進行慣導解算，以導航誤差作為觀測量來得到標定參數(shù)。,標定分類,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,27,精制知識,分立標定法直接利用IMU的輸出進行標定。標定一般是將加速度計和陀螺儀分開。 加速度計的標

18、定一般采用多位置法，由慣性測試轉臺提供多個轉動位置，給每個加速度計提供不同的重力加速度分量輸入，在每個位置上采集加表輸出來標定加速度計參數(shù)，一般有四位置法、八位置法、十二位置法等； 陀螺儀的標定一般是進行速率試驗，利用速率轉臺給陀螺儀提供精確的速率輸入，采集陀螺輸出以標定陀螺儀的參數(shù)；為了標定出每個陀螺的參數(shù)，需要在每個陀螺的輸入軸方向都要有角速度輸入。,分立標定法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,28,精制知識,如光纖陀螺，幾乎不受加速度影響，因此可以忽略不計和加速度有關的誤差，模型如下:,陀螺儀誤差模型,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,29,精制知識,以上對單軸陀螺儀進行了誤差分析，下

19、面給出三軸陀螺簡化誤差模型：,陀螺儀誤差模型,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,30,精制知識,加速度計誤差模型,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,以上對單軸加速度計進行了誤差分析，下面給出三軸加速度計簡化誤差模型：,31,精制知識,慣導系統(tǒng)標定的目的就是準確求出由慣性儀表以及儀表安裝組合引起的以下24個誤差系數(shù)：,慣性器件誤差模型,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,32,精制知識,1）組合X，Y，Z三軸分別向上、向下共“六位置”繞鉛垂線東南西北轉1圈作4點采樣以求其均值（六位置24點）：,“六位置24點”標定方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,33,精制知識,例：X軸分別向上、向下的采樣

20、點：,“六位置24點”標定方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,34,精制知識,2）將六位置的每位置4點采樣平均,“六位置24點”標定方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,原始數(shù)組N(24,6)轉化為F(6,6)。,35,精制知識,1)加速度敏感軸（j）模型方程系數(shù)的標定,模型系數(shù)求解方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,或,式中j=1,2,3(1表示該軸與X軸靠近；2表示該軸與Y軸接近；3表示該軸與Z軸接近),36,精制知識,1)加速度敏感軸（j）模型方程系數(shù)的標定,模型系數(shù)求解方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,或,為敏感測量軸j的零次項系數(shù),的方向數(shù)，即第j條軸的當量沿組合坐標

21、系的分當量；,輸入組合的加速度三維向量,為敏感測量軸j在組合系的方向余弦,37,精制知識,1)加速度敏感軸（j）模型方程系數(shù)的標定,模型系數(shù)求解方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,或,從數(shù)組F（6，6)，可以列出6個有關j敏感軸的方程，但上式中只有Koj，Kxj，Kyj，Kzj未知，方程數(shù)多于未知數(shù)，可按多元回歸求解。,38,精制知識,模型系數(shù)求解方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,設,原方程為,回歸系數(shù)為,39,精制知識,模型系數(shù)求解方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,偏置（零次項系數(shù)）為,當量的各分量為,40,精制知識,模型系數(shù)求解方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,j軸當

22、量,方向余弦,41,精制知識,2）角速度敏感軸模型方程系數(shù)的標定,模型系數(shù)求解方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定 （注：機械陀螺）,為敏感測量軸i單位時間的輸出,為敏感測量軸i的當量,為測量軸i的零次項漂移系數(shù)；,為分別 由引起并與其成正比，作用在測量軸i上的一次項漂移系數(shù),42,精制知識,2）角速度敏感軸模型方程系數(shù)的標定 a） 角速度敏感軸的當量 及方向余弦的標定 通過X/Y/Z向上時正反轉360即可得數(shù)組（6，m）其中m 為角速度測量軸的條數(shù)，若正反轉時間基本相等（零次項誤 差可忽略）則有關i軸沿X/Y/Z的分當量，每角秒脈沖數(shù)為,模型系數(shù)求解方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,

23、43,精制知識,模型系數(shù)求解方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,繞測量軸i轉 的脈沖數(shù)為,敏感軸i的方向余弦,44,精制知識,b ）角速度敏感軸的誤差系數(shù)的標定 從數(shù)組F（6,I）可列出6個有關i軸的方程，其中只有 未知。方程數(shù)多于未知數(shù)，可按多元回歸求解：,模型系數(shù)求解方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,45,精制知識,設,模型系數(shù)求解方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,式中 為當?shù)鼐暥?46,精制知識,模型系數(shù)求解方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,原方程為,回歸系數(shù)為,47,精制知識,模型系數(shù)求解方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,也可按下列關系式求之,48,精制知識

24、,1）設備無定向，消除地速水平分量影響 2）消除調平不準對地速垂直分量、重力垂直與水平分量影響,該方法優(yōu)點,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,49,精制知識,該方法缺點,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,標定過程復雜，標定時間長，陀螺標度擬合不準確。,50,精制知識,慣組輸出加速度誤差模型,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,、 、 分別表示光纖慣組X、Y、Z三個方向的輸出加速度。 、 、 分別表示光纖慣組經(jīng)過誤差標定與補償之后X、Y、Z三個方向的輸出加速度 、 、 分別表示光纖慣組X、Y、Z三個方向的軸向加速度零偏誤差,51,精制知識,慣組輸出加速度誤差模型,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,

25、、 、 分別表示光纖慣組X、Y、Z三個方向中包含誤差的軸向加速度標度因數(shù)值 分別表示光纖慣組X、Y、Z三個方向中任意一個軸向繞另一個軸朝向第三個軸的失準角度,52,精制知識,加表標定實現(xiàn)方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,首先將光纖慣組通過安裝基準面安裝于六面體（標定工裝）上，六面體有基準靠面，通過六面體在有北向基準的大理石平臺進行翻滾，可以使光纖慣組各軸向準確朝向不同方向，即光纖慣組可以準確放置不同點位。將光纖慣組分別按位置1、2、3、4、5、6放置，如下表所示，每位置測試2分鐘，計算各位置點光纖慣組各向加速度輸出量均值。,53,精制知識,加表標定實現(xiàn)方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標

26、定,54,精制知識,加表標定求解方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,加表零偏：,加表標度：,加表安裝誤差：,55,精制知識,慣組輸出角速度誤差模型,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,、 、 分別表示光纖慣組X、Y、Z三個方向的輸出角速度。 、 、 分別表示光纖慣組經(jīng)過誤差標定與補償之后X、Y、Z三個方向的輸出角速度 、 、 分別表示光纖慣組X、Y、Z三個方向的軸向角速度零偏誤差,56,精制知識,慣組輸出角速度誤差模型,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,、 、 分別表示光纖慣組X、Y、Z三個方向中包含誤差的軸向角速度標度因數(shù)值 、 、 、 、 、 分別表示光纖慣組X、Y、Z三個方向中任意一個

27、軸向繞另一個軸朝向第三個軸的失準角度,57,精制知識,陀螺標定實現(xiàn)方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,首先將光纖慣組通過安裝基準面安裝于六面體（標定工裝）上，六面體有基準靠面，通過六面體在有北向基準的大理石平臺進行翻滾，可以使光纖慣組各軸向準確朝向不同方向，即光纖慣組可以準確放置不同點位。將光纖慣組分別按位置1、2、3放置，如下表所示，每個位置測試10分鐘，計算各位置點朝東方向的光纖慣組角速率輸出量均值。,58,精制知識,陀螺標定實現(xiàn)方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,將六面體安裝于單軸速率轉臺，分別使慣組X、Y、Z軸沿轉臺自轉軸方向放置即平行朝天放置，速率轉臺在慣組角速率量測范圍內（

28、200/s）按照以下順序轉動，旋轉速率分別為：0/s（靜止測試）、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，每速率點轉動2分鐘，計算各轉動速率點下慣組轉動軸向輸出角速率均值以及以150/s和-150/s角速率轉動時兩水平軸向輸出角速率均值，以X軸轉動為例，如下表中所示。,59,精制知識,陀螺標定實現(xiàn)方法,3.3 光學慣性測量

29、裝置誤差標定,60,精制知識,陀螺標定實現(xiàn)方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,61,精制知識,陀螺標定求解方法,3.3 光學慣性測量裝置誤差標定,陀螺零偏：,X陀螺標度：,X陀螺安裝誤差：,Y、Z軸的陀螺的標度及安裝誤差用類似的方法求得。,62,精制知識,光纖陀螺的溫度漂移誤差與光纖陀螺所在位置的溫度場分布密切相關。光纖陀螺獨立測試時，技術手段上比較容易保證周圍溫度場的均勻穩(wěn)定，或者相對光纖環(huán)中心對稱地變化。光纖陀螺在系統(tǒng)應用時，除了光纖陀螺自身發(fā)熱外，其周圍的其他儀表和電路也都會發(fā)熱，此時的溫度場與其單獨測試時有很大不同。因此，單獨對光纖陀螺進行溫度性能測試的結果只能作為系統(tǒng)測試時的參考

30、，并不能代替系統(tǒng)整體測試的結果，精度要求越高越是如此。,光纖陀螺溫度誤差建模概述,3.4 光學慣性測量裝置溫度補償,63,精制知識,溫度誤差可補償?shù)那疤釛l件是陀螺漂移與溫度之間存在確定的函數(shù)關系，且具有良好重復性。 溫度及其變化率是引起光纖陀螺誤差的主要環(huán)境因素之一，可通過建立數(shù)學模型而加以補償；而電場、磁場、振動、沖擊等環(huán)境因素引起的誤差一般難以通過建模與補償加以解決。所以，在光纖陀螺慣性組合設計產(chǎn)品的誤差建模中，一般僅針對產(chǎn)品工作時的溫度特性對慣性儀表的零偏和標度因數(shù)進行建模。,光纖陀螺溫度誤差建模概述,3.4 光學慣性測量裝置溫度補償,64,精制知識,光纖陀螺零偏的確定溫度誤差模型： 式

31、中,光纖陀螺溫度誤差建模概述,3.4 光學慣性測量裝置溫度補償,陀螺零偏；,模型常值項；,分別是與溫度 和溫度變化率 相關的誤差系數(shù)。,65,精制知識,光纖陀螺的溫度漂移誤差可以看成溫度場在多個典型空間位置上的取值及其對時間導數(shù)的線性組合。建立這類線性模型較為簡單實用的方法是基于多元線性回歸統(tǒng)計的方法。取至少2個位置的溫度及溫度變化率，得到陀螺溫度誤差的多元線性回歸模型為 式中,多元線性回歸建模方法的應用,3.4 光學慣性測量裝置溫度補償,第i位置的溫度和溫度變化率；,對應模型回歸系數(shù)，即模型被估計量；,模型目標函數(shù)，即溫度誤差；,隨機溫度誤差；,66,精制知識,在戰(zhàn)術武器等應用領域，常要求光纖陀螺慣性測量裝置具有快速啟動功能，在對測量精度要求較高的應用中，須建立慣性測量組合中各光纖陀螺通電啟動過程的溫度誤差模型并對相關誤差進行實時補償。 （1）短時間工作時的啟動過程建模 由于短時間通電慣組內部尚未達到熱平衡，工作就已結束，光纖陀螺內部溫度環(huán)境與通電時刻很接近，基本可不考慮通電后短時間內溫度變化對光纖陀螺誤差系數(shù)的影響，只需建立光纖陀螺在不同溫度下通電啟動時的零偏變化模型。,光纖陀螺在慣測組合通電啟動過程中的零偏溫度誤差建模,3