第三章光纤陀螺温漂补偿
3.1光纤陀螺性能指标
光纤陀螺是FOGSS的关键性元件。它的精度最终决定了系统能做到的
最好性能。因此，对光纤陀螺仪作细致的误差处理是很有必要的。
FOG在静
止状态下，其输出可以看作是一个噪声信号和一个缓慢变化的均值（零漂） 信号的叠加，并且受温度和初始启动条件的影响极大。但是光纤陀螺的温度 特性不是没有规律的，通过一定的补偿算法，可以大大提高其性能，从而达 到应用要求。其他性能指标有：标度因子的线性度和稳定性。这两个指标在 捷联稳定装置中会影响 FOG的测量时的精度，一般来说，对于中低精度的光 纤陀螺，这两项指标是很难提高的，所以稳定装置中较常用的稳定配置方式 还是平台式稳定。对于平台式稳定，它对陀螺的基本要求就是在陀螺零转速 信号的工作特性好，对标度因子没有什么苛刻的要求。分析光纤陀螺性能的 主要工具是谱密度方法和 Allan方差法[14][15][16]。以下是光纤陀螺主要指标的 简单描述，为后面温漂补偿前后陀螺性能提供一个比较的依据。 1.零偏Bo
零偏指的是在温度恒定、 陀螺相对惯性系静止情况下， 陀螺残余信号中的 直流分量。实际上，零偏不是恒定的，它还受温度和其他因素（如强磁场） 的影响。由于环境温度的随机变化，使得零偏也是一个慢变的随机过程，反 应的是陀螺长期的漂移特性，单位 /h。其计算近似可以表示为
Bo _
式中
Sn
（3 — 1）
F :陀螺静止时输出量的平均值。 Sn :陀螺的标度因子
bit/ ° /h
由反应零偏变化所派生出来的指标有
a）零偏稳定性（bias stability） Bs这一项指标反应的是陀螺静止时输出的
波动幅度。
1 Bs
K n I*
F)2
1/2
(3— 2)
n为采样次数，Fi为陀螺静止时的输出量。 b)零偏重复性(bias repeatability) Br ：° /h
1 /2 2
Br
i 1
(Boi
B。)
(3 — 3)
式中 Q:重复测试的次数；
Boi :第i次测试的零偏; Bo:零偏平均值。
c)零偏温度灵敏度(bias temperature sensitivity) Bt: ° /h/ °C
(3— 4)
式中 Boi :第i个测试温度点陀螺的零偏;
Ti :第i个测试温度点的温度值;
2. 角随机游走（ARW）
为光纤陀螺的带限白噪声。一般来说，光纤陀螺的输出信号中，这种噪 声的功率谱密度在陀螺工作带宽内可以认为是常值。角随机游走可以用单位 带宽输出角速率的方差的平方根（单位带宽的噪声方差的平方根）来衡量， 单位为/h/ . Hz或/ .. h。 即
ARW
RMS
（3— 5）
<'W
其中，ARW与RMS分别为角随机游走系数和陀螺输出带限白噪声信号 均方差，W为陀螺带宽。
该项噪声的时间平均值与积分时间的平方根成反比，而按时间积分造成
的角度漂移为
2RMS ,t
随机游走系数可以这样计算：
在初始样本序列基础上，依次成倍加长采样时间间隔如下式所示： k i， i初
始采样时间间隔，
采样时间间隔，k=1,2,…
(3— 6)
由相邻两个采样时间内的样本均值再组成新的样本序列，并求相应新序
列的陀螺零偏稳定性 Bs（）。用最小二乘法拟合，
a?』)2
B
s
( )
a
0
a
1
(—)
(3— 7)
1/ 2
求出模型系数, 随机游走系数
RWC a1 o
3.2输出误差模型分析
光纤陀螺的模型可以用下图简略的表示
[14]
0
图3-1光纤陀螺输出模型 Figure 3-1 output model of FOG
其中
F：输出脉冲速率（bit/s） I :惯性角速度输入 in
Sn :标称标度因子;
:标度因子非线性误差项，与温度有关;
k
E:环境影响项，其大小为
E= DTA T D? -dT
T
dt
dt
DTA T :与温度变化有关的环境敏感项； T乌：与温度变化速率
D
有关的环境敏感项;
硕士论文光纤陀螺视线稳定系统的设计与工程实现光纤陀螺
