一种提高光纤陀螺仪测量精度的方法及装置

技术领域

本发明涉及光学陀螺技术领域，尤其涉及一种提高光纤陀螺仪测量精度的方法及装置。

背景技术

光纤陀螺作为全固态光学陀螺，在现代惯导系统中有着广泛的应用，并向着高精度方向发展。标度因数是光纤陀螺测试中的重要参数之一，高性能的光纤陀螺需要在整个动态测量范围内都具有良好的测量精度，光纤陀螺精度直接受到标度因数误差的影响，因此对光纤陀螺标度因数的测试评估是光纤陀螺性能测试中必不可少的一部分。

传统的光纤陀螺标度因数参数的测试方法中，在旋转角速率测试点下要求转台连续旋转，对转台的输出速率的稳定性有很高的要求，尤其对于高精度光纤陀螺，转台输出速率的要求对测试结果影响更大。

发明内容

本发明实施例提供了一种提高光纤陀螺仪测量精度的方法及装置，解决了现有技术中要求转台连续旋转，对转台的输出速率以及稳定性有很高的要求的问题，实现提高光纤陀螺仪的标度因数测量精度的技术效果。

根据本发明的一方面，提供了一种提高光纤陀螺仪测量精度的方法，其中，包括：

将光纤陀螺仪固定在转台上，使得所述光纤陀螺仪的测量轴与所述转台的转动轴重合；

控制所述转台按照预设条件运行，确定所述光纤陀螺仪的角速度输出数字量积分值；

根据所述转台在N个不同的方位角位置，确定所述光纤陀螺仪的地速零偏；

根据所述角速度输出数字量积分值和所述地速零偏，确定第一转速下所述光纤陀螺仪的修正标度因数；

将所述光纤陀螺仪初始的标度因数替换为所述修正标度因数；

其中，所述第一转速为所述转台按照预设条件运行时的最大转速，N≥4且N为偶数。

可选的，在将所述光纤陀螺仪初始的标度因数替换为所述修正标度因数之前，还包括：

确定多个不同转速下对应的所述光纤陀螺仪的修正标度因数；

根据所述转速与所述修正标度因数的对应关系拟合转速-修正标度因数曲线，确定与任意转速的对应的修正标度因数。

可选的，所述控制所述转台按照预设条件运行，确定所述光纤陀螺仪的角速度输出数字量积分值，包括：

在所述转台静止状态下，定义此时所述转台方位角位置为

控制所述转台从

继续采集所述光纤陀螺仪的角速度输出数字量，采集持续时间为

根据预设的角速度输出数字量采样频率f，计算角速度输出数字量积分值

可选的，所述根据预设的角速度输出数字量采样频率f，计算角速度输出数字量积分值

检查数据采集过程中所采集的数据并确认是否丢帧；

若否，采集数字量的个数为

可选的，在检查数据采集过程中所采集的数据并确认是否丢帧之后，还包括：

若是，先根据丢帧前后的数据进行插值，将插值结果填充至采集数据的丢帧位置后再计算角速度输出数字量积分值

可选的，所述角速度输出数字量积分值的测量精度越高，M的取值越大。

可选的，所述根据所述转台在N个不同的方位角位置，确定所述光纤陀螺仪的地速零偏，包括：

定义所述转台N个不同的方位角位置，分别为

控制所述转台旋转至位置

依次测量其它N-1个方位角位置处所述光纤陀螺仪对地球转速的静态数字输出量的平均值

可选的，所述根据所述角速度输出数字量积分值和所述地速零偏，确定第一转速下所述光纤陀螺仪的修正标度因数，包括：

根据下式确定所述修正标度因数：

。

可选的，在确定所述地速零偏时，在测量每个转速时进行重新测量以纠正所述光纤陀螺仪所测量的地速零偏变化。

根据本发明的另一方面，提供了一种提高光纤陀螺仪测量精度的装置，其中，包括：

转台，用于承载光纤陀螺仪，所述光纤陀螺仪的测量轴与所述转台的转动轴重合；

角速度输出数字量积分值确定模块，用于控制所述转台按照预设条件运行，确定所述光纤陀螺仪的角速度输出数字量积分值；

地速零偏确定模块，用于根据所述转台在N个不同的方位角位置，确定所述光纤陀螺仪的地速零偏；

标度因数修正模块，用于根据所述角速度输出数字量积分值和所述地速零偏，确定第一转速下所述光纤陀螺仪的修正标度因数；

替换模块，用于将所述光纤陀螺仪初始的标度因数替换为所述修正标度因数；

其中，所述第一转速为所述转台按照预设条件运行时的最大转速，N≥4且N为偶数。

本发明实施例提供的一种提高光纤陀螺仪测量精度的方法及装置，通过控制转台按照预设条件运行，确定光纤陀螺仪的角速度输出数字量积分值，并通过转台在N个不同的方位角位置，确定光纤陀螺仪的地速零偏，进而通过角速度输出数字量积分值和地速零偏，确定第一转速下光纤陀螺仪的修正标度因数，进而将初始的标度因数替换为修正标度因数，解决了现有技术中转台连续旋转，对转台的输出速率以及稳定性有很高的要求的问题，实现提高光纤陀螺仪的标度因数测量精度的技术效果。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种提高光纤陀螺仪测量精度的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种提高光纤陀螺仪测量精度的方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种转台转速与数据采集时间的关系曲线示意图；

图4为本发明实施例提供的又一种提高光纤陀螺仪测量精度的方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的再一种提高光纤陀螺仪测量精度的方法的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的再一种提高光纤陀螺仪测量精度的方法的流程示意图；

图7为本发明实施例提供的一种提高光纤陀螺仪测量精度的装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1为本发明实施例提供的一种提高光纤陀螺仪测量精度的方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：

S110、将光纤陀螺仪固定在转台上，使得光纤陀螺仪的测量轴与转台的转动轴重合。

其中，光纤陀螺仪包括但不限于高精度光纤陀螺仪，例如精度优于0.0001°/h的光纤陀螺仪。转台用于测试光纤陀螺仪的性能参数，包括但不限于地速零偏、标度因数以及标度因数非线性度；转台包括但不限于高精度转台，转台的具体规格，可以根据光纤陀螺仪的规格进行调整，在此不做限定，例如在光纤陀螺仪为高精度陀螺仪时，转台可以选择旋转精度为9′的高精度陀螺。

具体而言，将光纤陀螺仪固定在转台上，使得光纤陀螺仪的测量轴与转台的转动轴重合，进而保证光纤陀螺仪与转台同轴转动，在转台输入转速时，光纤陀螺仪的角速度输出数字量可信度更高。

S120、控制转台按照预设条件运行，确定光纤陀螺仪的角速度输出数字量积分值。

其中，预设条件包括但不限于启动时间、启动方位角位置、旋转圈数、旋转时间、稳定旋转速度，以及旋转方向，具体的预设条件根据实际测试需求进行设定，在此不做限定。确定角速度输出数字量积分值包括但不限于根据数据采集时间和数据采集频率计算数据采集个数，进而对角速度输出数字量进行积分。

具体而言，控制转台按照预设条件运行，确定光纤陀螺仪的角速度输出数字量积分值，进而实现光纤陀螺仪的角速度输出数字量的采集，并通过计算积分值，进一步进行标度因数的计算。且通过计算积分值，能够进一步降低误差干扰。

S130、根据转台在N个不同的方位角位置，确定光纤陀螺仪的地速零偏。

其中，N≥4且N为偶数；转台在N个不同的方位角位置，可以根据实际测试需求以及实际测试条件进行设定，例如根据对测试结果精度的要求不同，将N设定为不同数值。确定光纤陀螺仪的地速零偏，包括但不限于通过采集光纤陀螺仪在一定方位角位置的静态角速度输出数字量，进而确定地速零偏，也可以通过改变采集时间，在一定位置进行多次采集，进一步取均值。

具体而言，在光线陀螺仪实际工作过程中，地球转速对光纤陀螺仪的角速度输出数字量会产生一定影响，且在不同工作环境下，干扰程度不一，根据转台在N个不同的方位角位置，确定光纤陀螺仪的地速零偏，进而提高地速零偏测试结果的精度，进而提高标度因数的精度，且在转台的多个不同位置进行数据采集，解决了传统测试方法对转台输出速率以及输出速率稳定性的高要求的问题。

S140、根据角速度输出数字量积分值和地速零偏，确定第一转速下光纤陀螺仪的修正标度因数。

其中，第一转速为转台按照预设条件运行时的最大转速，第一转速的具体数值在此不做限定。确定第一转速下光纤陀螺仪的修正标度因数，包括但不限于通过剔除地速零偏对角速度输出数字量积分值的影响，进行确定。

具体而言，根据角速度输出数字量积分值和地速零偏，确定第一转速下光纤陀螺仪的修正标度因数，进而剔除地速零偏对光纤陀螺仪角速度输出数字量的影响。

S150、将光纤陀螺仪初始的标度因数替换为修正标度因数。

具体而言，通过测试地速零偏以及光纤陀螺仪的角速度输出数字量积分值，计算修正标度因数，剔除地球转速对角速度输出数字量的影响，进一步将初始的标度因数替换为修正标度因数，进而提高光纤陀螺仪在实际工作过程中，角速度输出数字量的质量。

本发明实施例的技术方案，通过控制转台按照预设条件运行，确定光纤陀螺仪的角速度输出数字量积分值，并通过转台在N个不同的方位角位置，确定光纤陀螺仪的地速零偏，进而通过角速度输出数字量积分值和地速零偏，确定第一转速下光纤陀螺仪的修正标度因数，进而将初始的标度因数替换为修正标度因数，解决了现有技术中转台连续旋转，对转台的输出速率以及稳定性有很高的要求的问题，实现提高光纤陀螺仪的标度因数测量精度的技术效果。

在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供一种提高光纤陀螺仪测量精度的方法，该方法通过测试多个不同转速下对应的修正标度因数，进而通过将转速与修正标度因数拟合，实现确定任意转速下对应的修正标度因数的技术效果。其中，与上述各实施例相同或相应的术语的解释在此不再赘述。

图2为本发明实施例提供的另一种提高光纤陀螺仪测量精度的方法的流程示意图，如图2所示，该方法包括：

S210、将光纤陀螺仪固定在转台上，使得光纤陀螺仪的测量轴与转台的转动轴重合。

S220、控制转台按照预设条件运行，确定光纤陀螺仪的角速度输出数字量积分值。

S230、根据转台在N个不同的方位角位置，确定光纤陀螺仪的地速零偏。

S240、根据角速度输出数字量积分值和地速零偏，确定第一转速下光纤陀螺仪的修正标度因数。

S250、确定多个不同转速下对应的光纤陀螺仪的修正标度因数。

其中，转速的测试个数以及转速大小以及旋转方向，可以根据实际需求进行设定，在此不做限定。确定多个不同转速下对应的光纤陀螺仪的修正标度因数，可以与确定第一转速下的修订标度因数方法相同。

具体而言，光纤陀螺仪在实际使用过程中，实际标度因数受环境、转速等多种条件的影响，确定多个不同转速下对应的光纤陀螺仪的修正标度因数，通过实现多种测试条件的数据采集，进而使得测试结果更加符合实际应用。

S260、根据转速与修正标度因数的对应关系拟合转速-修正标度因数曲线，确定与任意转速的对应的修正标度因数。

具体而言，测试多种转速下的修正标度因数，并将多个转速与其对应的修正标度因数进行拟合，得到拟合曲线，实现提高测试结果实用性的技术效果，且通过增加测试条件，提高测试结果的数量，能够更进一步确定光纤陀螺仪性能的性能参数。

S270、将光纤陀螺仪初始的标度因数替换为修正标度因数。

综上所述，通过测试多个不同转速下对应的修正标度因数，进而通过将转速与修正标度因数拟合，实现确定任意转速下对应的修正标度因数的技术效果。

在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供一种提高光纤陀螺仪测量精度的方法，该方法通过进一步细化控制转台按照预设条件运行的预设条件，实现光纤陀螺角速度输出数字量的采集以及积分值的计算。

图3为本发明实施例提供的一种转台转速与数据采集时间的关系曲线示意图，图4为本发明实施例提供的又一种提高光纤陀螺仪测量精度的方法的流程示意图，如图4所示，该方法包括：

S310、将光纤陀螺仪固定在转台上，使得光纤陀螺仪的测量轴与转台的转动轴重合。

S321、在转台静止状态下，定义此时转台方位角位置为

其中，转台方位角位置

具体而言，在转台静止状态下，采集光纤陀螺仪的角速度输出数字量，避免由于转台启动旋转的初始阶段，环境、转台旋转的不稳定对于测试结果精度的影响。且采集一段时间

S322、控制转台从

其中，转台旋转圈数M为正整数，具体数值根据实际测试需求进行设定，例如10。数据采集持续时间

具体而言，如图3所示，控制转台从

需要说明的是，图3仅示出了本发明实施例的技术方案可以实施的一种情况，转台转速由0提高至第一转速

S323、继续采集光纤陀螺仪的角速度输出数字量，采集持续时间为

其中，采集持续时间

具体而言，在实际测试过程中，转台与光纤陀螺仪固定连接，转台停止旋转后，光纤陀螺仪旋转，但由于光纤陀螺仪的工作原理，需持续采集停止后的角速度输出数字量，减小环境以及陀螺仪内部组件对于测试结果的影响。继续采集光纤陀螺仪的角速度输出数字量，采集持续时间为

S324、根据预设的角速度输出数字量采样频率f，计算角速度输出数字量积分值

其中，预设采样频率f根据数据采集装置的规格进行设定，在此不做限定。

具体而言，根据预设的角速度输出数字量采样频率f，计算角速度输出数字量积分值

S330、根据转台在N个不同的方位角位置，确定光纤陀螺仪的地速零偏。

S340、根据角速度输出数字量积分值和地速零偏，确定第一转速下光纤陀螺仪的修正标度因数。

S350、将光纤陀螺仪初始的标度因数替换为修正标度因数。

综上所述，本发明实施例的技术方案，通过进一步细化控制转台运行的预设条件，实现光纤陀螺角速度输出数字量的采集以及积分值的计算，提高积分值的可信度。

可选的，本发明实施例还提供一种提高光纤陀螺仪测量精度的方法，在上述实施例的基础上，进一步解决了数据采集过程中，采集数据丢帧，进而影响修正标度因数的问题。

图5为本发明实施例提供的再一种提高光纤陀螺仪测量精度的方法的流程示意图，如图5所示，该方法包括：

S410、将光纤陀螺仪固定在转台上，使得光纤陀螺仪的测量轴与转台的转动轴重合。

S421、在转台静止状态下，定义此时转台方位角位置为

S422、控制转台从

S423、继续采集光纤陀螺仪的角速度输出数字量，采集持续时间为

S424、检查数据采集过程中所采集的数据并确认是否丢帧。

其中，检查方式包括但不限于检查固定时间内的采样个数是否与采样频率f相匹配。

具体而言，检查数据采集过程中所采集的数据并确认是否丢帧，进而保证角速度输出数字量积分值

若否，S425、采集数字量的个数为

其中，采集数字量的个数为数据采样初始时刻

具体而言，若检查数据采集过程中所采集的数据无丢帧，则可根据采样时间

若是，S426、先根据丢帧前后的数据进行插值，将插值结果填充至采集数据的丢帧位置后再计算角速度输出数字量积分值

其中，根据丢帧前后的数据进行插值的方法，包括但不限于通过预设的角速度输出数字量与转台转速的拟合关系，进行插值计算。

具体而言，若检查数据采集过程中所采集的数据丢帧，则根据丢帧前后的数据进行插值，将插值结果填充至采集数据的丢帧位置后再计算角速度输出数字量积分值

S430、根据转台在N个不同的方位角位置，确定光纤陀螺仪的地速零偏。

S440、根据角速度输出数字量积分值和地速零偏，确定第一转速下光纤陀螺仪的修正标度因数。

S450、将光纤陀螺仪初始的标度因数替换为修正标度因数。

综上所述，本发明实施例的技术方案，通过检查数据是否丢帧，并在丢帧时进行数据填充，解决了数据采集过程中，采集数据丢帧，进而影响修正标度因数的问题。

可选的，角速度输出数字量积分值的测量精度越高，M的取值越大。

可以理解的是，M取值越大，转台旋转总角度越大，在实际测试过程中，在同一采样频率f和采样时间

可选的，本发明实施例还提供一种提高光纤陀螺仪测量精度的方法，在上述实施例的基础上，进一步对确定光纤陀螺仪的地速零偏的方法进行细化。

图6为本发明实施例提供的再一种提高光纤陀螺仪测量精度的方法的流程示意图，如图6所示，该方法包括：

S510、将光纤陀螺仪固定在转台上，使得光纤陀螺仪的测量轴与转台的转动轴重合。

S521、在转台静止状态下，定义此时转台方位角位置为

S522、控制转台从

S523、继续采集光纤陀螺仪的角速度输出数字量，采集持续时间为

S524、根据预设的角速度输出数字量采样频率f，计算角速度输出数字量积分值

S531、定义转台N个不同的方位角位置，分别为

其中，N≥4且N为偶数，

具体而言，定义转台N个不同的方位角位置为

S532、控制转台旋转至位置

其中，测量持续时间

具体而言，在

S533、依次测量其它N-1个方位角位置处光纤陀螺仪对地球转速的静态数字输出量的平均值

具体而言，测量多个位置地球转速对静态数字输出量的平均值，进一步将N个方位角位置处的静态数字输出量的平均值取均值，得到地速零偏

S540、根据角速度输出数字量积分值和地速零偏，确定第一转速下光纤陀螺仪的修正标度因数。

S550、将光纤陀螺仪初始的标度因数替换为修正标度因数。

可选的，图6所示提高光纤陀螺仪测量精度的方法中，步骤S540包括：根据下式确定修正标度因数：

具体而言，剔除地速零偏值

可选的，在确定地速零偏时，在测量每个转速时进行重新测量以纠正光纤陀螺仪所测量的地速零偏变化。

具体而言，在光纤陀螺仪实际工作过程中，光纤陀螺仪的转速以及地球转速均会对角速度输出量产生一定影响，在测量每个转速时重新测量该转速下的地速零偏，以纠正光纤陀螺仪所测量的地速零偏变化。

基于同一构思，本发明实施例的技术方案提供一种提高光纤陀螺仪测量精度的装置，图7为本发明实施例提供的一种提高光纤陀螺仪测量精度的装置的结构示意图，如图7所示，该装置包括：

转台10，用于承载光纤陀螺仪60，光纤陀螺仪60的测量轴与转台10的转动轴11重合。

角速度输出数字量积分值确定模块20，用于控制转台10按照预设条件运行，确定光纤陀螺仪的角速度输出数字量积分值。

地速零偏确定模块30，用于根据转台10在N个不同的方位角位置，确定光纤陀螺仪的地速零偏。

标度因数修正模块40，用于根据角速度输出数字量积分值和地速零偏，确定第一转速下光纤陀螺仪的修正标度因数。

替换模块50，用于将光纤陀螺仪初始的标度因数替换为修正标度因数。

其中，第一转速为转台10按照预设条件运行时的最大转速，N≥4且N为偶数。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。