基于多項式模型的光纖陀螺溫度補償技術研究

楊　萌，孫　強，尹　劍

（西安應用光學研究所，陜西西安，710065）

基于多項式模型的光纖陀螺溫度補償技術研究

楊萌，孫強，尹劍

（西安應用光學研究所，陜西西安，710065）

介紹了溫度對光纖陀螺的影響，分析了影響光纖陀螺輸出精度的因素。為提高陀螺的溫度適應性，將多項式模型應用于光纖陀螺溫度補償中，并用試驗測試數據驗證了該方法的有效性。數據分析表明，可以明顯改善陀螺性能，將陀螺零偏從2.5°降到0.5°以內。

光纖陀螺；溫度補償；多項式模型

0　前言

光纖陀螺以薩格奈克效應為原理，具有結構簡單、無運動部件、靈敏度高、動態范圍寬和耐沖擊等優點，引起世界各國的普遍重視，在慣性導航和測量系統中得到了廣泛應用。

光纖陀螺為適應不同領域的應用，一般要求其具有較寬的工作溫度范圍，但由于構成光纖陀螺的主要部件如光纖線圈、集成光學器件、光源等受環境溫度影響較大，溫度變化會引起光纖陀螺光路的非互易性，導致光纖陀螺零位漂移和標度因數的不穩定，造成光纖陀螺出現溫度漂移，影響光纖陀螺在不同溫度下的性能表現。對光纖陀螺溫度特性進行研究，建立相應模型，進行溫度補償，是工程上解決上述問題的有效手段之一。

本文從理論上分析了溫度對光纖陀螺的影響，在理論分析的基礎上建立了多項式模型，并應用于溫度補償，試驗證明，可以將陀螺零偏從2.5°降到0.5°以內。

1　溫度對光纖陀螺的影響

近年來，國內外對抑制光纖陀螺溫度漂移的研究大多通過光纖陀螺機理結構的改善、增加硬件溫控及軟件建模補償進行研究。由于構成光纖陀螺的主要部件都對環境溫度比較敏感，會導致光纖陀螺的主要性能參數零偏及零偏穩定性受環境溫度變化的影響而變差，標度因數的線性度和對稱性也嚴重惡化從結構及機理上消除溫度誤差難度大。而在實際應用中，很多應用光纖陀螺的系統受限于重量和空間等因素，無法提供完善的溫控措施。因此現階段軟件建模補償的方法得到了廣泛的研究。在對光纖陀螺進行溫度特性理論分析和試驗研究的基礎上，建立誤差模型進行溫度補償，提高光纖陀螺在全溫度范圍的性能表現，已經成為解決光纖陀螺溫度穩定性的必要手段。

光纖陀螺零偏溫度漂移的建模與補償，實際上就是從觀測到的溫度漂移數據中尋找補償規律。溫度變化是影響光纖陀螺輸出精度的重要因素，溫度對光纖陀螺零偏的影響主要表現在溫度變化、溫度梯度和溫度速率三個方面。

由于可以通過溫度傳感器采集陀螺內部溫度和環境溫度，因此可以很方便地研究溫度和零偏及標度因數之間的關系。由于多項式在理論上能夠表達任意的映射關系，因此建立溫度與零漂、溫度與標度因數之間的多項式模型，可以進行有效補償，提高光纖陀螺的輸出精度。

2　多項式模型的建立

下面建立陀螺溫度漂移的多項式模型進行補償。

采用如下多項式模型：

3　試驗結果

在試驗室常用的光纖陀螺隨機選擇了一只陀螺進行高低溫零偏測試，測試步驟如下：

（1）在陀螺的殼體上和敏感線圈軸上都放置溫度傳感器，以實時監測外部環境和敏感線圈軸的溫度，分別為和。根據最小二乘擬合，即可求得擬合系數、、和；

試驗中分別測量了20°C，25°C和30°C，并分別計算了各系數如下表：

根據計算出的系數進行補償，可以發現：陀螺零偏從2.5°降到0.5°以內，試驗結果證明了多項式模型在溫度補償中的有效性。

4　總結

本文介紹了光纖陀螺溫度補償方法，分析了溫度對光纖陀螺性能的影響，建立了基于多項式模型的溫度補償方法，并通過試驗證明了該方法的有效性，對提高光纖陀螺溫度適應性和全溫度性能表現有一定的指導意義。

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FENG Lishuang，NAN Shuzhi，JINGJing.Research on modeling and compensation technology fortemperature errors of FOG［J］.Journal of Astronautics，2006，27（5）：939-941，1049.

TEMPERATURE COMPENSATION FOR FOG BASED ON POLYNOMIAL MODEL

Yang Meng，Sun Qiang，Yin Jian
（Xi’an Institute of Applied Optics，Shaanxi Xi'an，710065）

The paper introduces the mechanism of temperature drift of fiber optic gyroscope（FOG），a temperature compensation model is established by using polynomial model.The established model is used to make temperature compensation on new experimental data.It is proved by the experiment that this method could reduce the gyro's temperature drift from 2.5°to 0.5°.The effect of compensation is distinct.

Fiber optic gyro；Temperature compensation；polynomial model

表1　系數、、和

表1　系數、、和

表2　（i=1，2，3，4）分別對應的（j=0，1，2）系數

表2　（i=1，2，3，4）分別對應的（j=0，1，2）系數