一种高精度干涉式光纤陀螺仪温漂误差模型优化方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种高精度干涉式光纤陀螺仪温漂误差模型优化方法，通过构造光纤环温度乘积量T×ΔT，与光纤环温度T和光纤环温度变化量ΔT一起共同作为干涉式光纤陀螺仪温漂误差基础模型的优化输入量，采用RBF‑ANN实现干涉式光纤陀螺仪温漂误差优化模型，通过升降温试验获取温漂误差实测值，和由优化模型估计得到的温漂误差估计值，通过对比温漂误差实测值和估计值的对比验证优化后模型的精度。本发明专利技术所采用的优化输入量更完整，对温漂误差模型的描述更精确，提高了干涉式光纤陀螺仪温漂误差估计的准确性、实时性和通用性，保证了干涉式光纤陀螺仪输出数据的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种光纤陀螺仪温漂误差的获取方法。
技术介绍
光学陀螺仪是目前中、高精度捷联式惯导系统广泛采用的核心部件，主要包括干涉式光纤陀螺仪和激光陀螺仪。相比于激光陀螺仪，干涉式光纤陀螺仪具有启动快、成本低、可靠性高以及结构稳定性好等优点，而且不存在闭锁效应，能够准确测量较小的角速度。因此，干涉式光纤陀螺仪越来越多的被用于捷联式惯导系统中。环境温度是影响干涉式光纤陀螺仪精度特性的一个重要因素。究其原因，这主要是因为环境温度变化会影响光纤环的物理特性，由此产生的热致非互易性相位延迟会导致干涉式光纤陀螺仪产生不可忽视的温度漂移误差，进而激励惯导系统产生速度和方位误差，以及随时间累积的位置误差。这对于连续长时间工作的应用领域，如船用惯导系统，将产生重大的影响。例如，以输出精度为±0.01°/h的干涉式光纤陀螺仪为例，若光纤环温度变化10℃，干涉式光纤陀螺仪输出0.15°/h的温漂误差，这会激励惯导系统产生十分明显的导航误差，并可能使得惯导系统的实际导航性能无法满足导航指标要求。目前，基于光纤环温度T和光纤环温度变化量ΔT的干涉式光纤陀螺仪温漂误差基础模型是最为常用的干涉式光纤陀螺仪温漂误差估计方法。然而，干涉式光纤陀螺仪温漂误差基础模型不具有准确估计干涉式光纤陀螺仪温漂误差的能力，进而无法保证干涉式光纤陀螺仪准确地、稳定地输出数据，以及捷联式光纤陀螺仪导航系统稳定工作。因此，对于提高干涉式光纤陀螺仪的实际输出精度，保证光纤陀螺输出的稳定性、连续性和有效性，确保捷联式光纤陀螺仪导航系统的稳定性来说，研究一种用于优化光纤陀螺仪温漂误差基础模型的高精度干涉式光纤陀螺仪温漂误差模型优化方法具有重要的实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供高温漂误差估计的准确性、实时性、连续性和通用性的一种高精度干涉式光纤陀螺仪温漂误差模型优化方法。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术一种高精度干涉式光纤陀螺仪温漂误差模型优化方法，其特征是：(1)将干涉式光纤陀螺仪安装在集成了转台的高低温箱中，在干涉式光纤陀螺仪的光纤环处安装温度传感器，分别进行两组升降温实验，每组升降温实验数据包括光纤环温度T和干涉式光纤陀螺仪输出Gc，任取其中一组实验数据为训练样本，选择另一组实验数据为验证样本；(2)利用训练样本中的光纤环温度Tx求取光纤环温度变化量ΔTx，光纤环温度变化量ΔTx的具体表达式如下：ΔTx(i)=0i=1Tx(i)-Tx(i-1)i=2,3......N]]>式中，i为温度测量系统的温度采样时刻，ΔTx(i)为温度采样时刻i的光纤环温度变化量，Tx(i)为温度采样时刻i的光纤环温度，Tx(i-1)温度采样时刻i-1的光纤环温度，N为温度测量系统所采样的光纤环温度数据总数；然后，利用训练样本中的光纤环温度Tx求取光纤环温度乘积量[T×ΔT]x，光纤环温度乘积量[T×ΔT]x可由下式得到：[T×ΔT]x(i)=0i=1Tx(i)×ΔTx(i)i=2,3......N]]>式中，[T×ΔT]x(i)为温度采样时刻i的光纤环温度乘积量；(3)求取干涉式光纤陀螺仪输出均值Gp，其具体表达式如下：Gp=1NΣi=1NGc(i)]]>式中，Gp为干涉式光纤陀螺仪输出均值，Gc(i)为干涉式光纤陀螺仪输出实时值，训练样本中的干涉式光纤陀螺仪输出实时值Gc减去干涉式光纤陀螺仪输出均值Gp，得到干涉式光纤陀螺仪的温漂误差实测值Q1，Q1的具体表达式如下:Q1(i)＝Gc(i)-Gpi＝1,2…N(4)以训练样本中的光纤环温度Tx，以及步骤(2)中得到的光纤环温度变化量ΔTx和光纤环温度乘积量[T×ΔT]x作为RBF-ANN模型的输入训练量，以步骤(3)中得到的干涉式光纤陀螺仪的温漂误差实测值Q1为RBF-ANN模型的输出，训练RBF-ANN模型以建立干涉式光纤陀螺仪温漂误差优化模型，干涉式光纤陀螺仪温漂误差优化模型的具体表达式如下；Q1＝ANNRBF(Tx,ΔTx,[T×ΔT]x)(5)基于步骤(2)中的光纤环温度变化量ΔTx的表达式以及光纤环温度乘积量[T×ΔT]x的表达式，利用验证样本中的光纤环温度Ty分别求取光纤环温度变化量ΔTy和光纤环温度乘积量[T×ΔT]y；(6)基于步骤(4)中得到的干涉式光纤陀螺仪温漂误差优化模型，利用步骤(5)中得到的光纤环温度变化量ΔTy和光纤环温度乘积量[T×ΔT]y，分别求取对应的干涉式光纤陀螺仪的温漂误差估计值Q2，其表达式如下：Q2＝ANNRBF(Ty,ΔTy,[T×ΔT]y)(7)分别求取步骤(3)中得到的温漂误差实测值Q1和步骤(6)中得到的温漂误差估计值Q2的偏差Q3，验证Q3是否满足预设的设计指标要求，偏差Q3的具体表达式如下：Q3(i)＝Q1(i)-Q2(i)i＝1,2…N若Q3满足设计指标要求，则干涉式光纤陀螺仪温漂误差模型优化完毕，此时的RBF-ANN模型即为干涉式光纤陀螺仪温漂误差优化模型；若Q3不满足设计指标要求，则返回步骤(4)，直至Q3满足设计指标要求。本专利技术还可以包括：1、升降温实验的具体步骤如下：(1)将干涉式光纤陀螺仪安装于集成了转台的高低温箱，记录高精度转台的具体航向A，同时启动干涉式光纤陀螺仪；(2)将高低温箱的环境温度降低至-10℃，待光纤环温度和干涉式光纤陀螺仪输出稳定1h后，开始以1Hz的数据记录频率记录光纤环温度和干涉式光纤陀螺仪输出；(3)将高低温箱的环境温度以10℃/h的温变速率升高至40℃，保持光纤环温度和干涉式光纤陀螺仪输出维持稳定1h，同时以1Hz的数据记录频率实时记录下升温过程中光纤环温度和干涉式光纤陀螺仪输出。本专利技术的优势在于：1、构造了新的模型训练量光纤环温度乘积量T×ΔT，对高精度干涉式光纤陀螺仪温漂误差模型进行优化，对误差模型的描述更加精确。2、通过升降温试验，直接获取优化后模型的精度指标。3、提高了温漂误差估计模型的通用性，提升了干涉式光纤陀螺仪温漂误差估计的准确性和实时性，全面提升了干涉式光纤陀螺仪温漂误差模型的动态性能和稳态性能。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2是本专利技术中干涉式光纤陀螺仪的温度特性曲线；图3是本专利技术升降温实验中光纤环温度与光纤陀螺仪输出对比图；图4是本专利技术中RBF-ANN模型的矩阵实现框图；图5是本专利技术中温漂误差估计值与实测值对比图；图6是本专利技术中温补前后干涉式光纤陀螺仪输出实测均方差对比图；图7是本专利技术中优化前后干涉式光纤陀螺仪输出实测均方差对比图。具体实施方式下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：结合图1-7，本专利技术包括以下流程：步骤1，完成相关预备工作，搭建测试环境，将干涉式光纤陀螺仪安装在集成了高精度转台的高低温箱(SET-Z-021UF)中，并保证高低温箱和转台能够正常工作，干涉式光纤陀螺仪能够正常输出。在干涉式光纤陀螺仪的光纤环处安装温度传感器，利用经测温精度为±0.05℃、数据记录频率为1Hz的高精度温度测量系统测量光纤环温度实时值，并实时记录光纤环温度值。步骤2，利用升降温实验获取干涉式光纤陀螺仪的温度特性，升降温实验流程图如图2所示，升降温实验的具体步骤如下：(1)将干涉式光纤陀螺仪安装于集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度干涉式光纤陀螺仪温漂误差模型优化方法，其特征是：(1)将干涉式光纤陀螺仪安装在集成了转台的高低温箱中，在干涉式光纤陀螺仪的光纤环处安装温度传感器，分别进行两组升降温实验，每组升降温实验数据包括光纤环温度T和干涉式光纤陀螺仪输出Gc，任取其中一组实验数据为训练样本，选择另一组实验数据为验证样本；(2)利用训练样本中的光纤环温度Tx求取光纤环温度变化量ΔTx，光纤环温度变化量ΔTx的具体表达式如下：ΔTx(i)=0i=1Tx(i)-Tx(i-1)i=2,3......N]]>式中，i为温度测量系统的温度采样时刻，ΔTx(i)为温度采样时刻i的光纤环温度变化量，Tx(i)为温度采样时刻i的光纤环温度，Tx(i‑1)温度采样时刻i‑1的光纤环温度，N为温度测量系统所采样的光纤环温度数据总数；然后，利用训练样本中的光纤环温度Tx求取光纤环温度乘积量[T×ΔT]x，光纤环温度乘积量[T×ΔT]x可由下式得到：[T×ΔT]x(i)=0i=1Tx(i)×ΔTx(i)i=2,3......N]]>式中，[T×ΔT]x(i)为温度采样时刻i的光纤环温度乘积量；(3)求取干涉式光纤陀螺仪输出均值Gp，其具体表达式如下：Gp=1NΣi=1NGc(i)]]>式中，Gp为干涉式光纤陀螺仪输出均值，Gc(i)为干涉式光纤陀螺仪输出实时值，训练样本中的干涉式光纤陀螺仪输出实时值Gc减去干涉式光纤陀螺仪输出均值Gp，得到干涉式光纤陀螺仪的温漂误差实测值Q1，Q1的具体表达式如下:Q1(i)＝Gc(i)‑Gp i＝1,2…N(4)以训练样本中的光纤环温度Tx，以及步骤(2)中得到的光纤环温度变化量ΔTx和光纤环温度乘积量[T×ΔT]x作为RBF‑ANN模型的输入训练量，以步骤(3)中得到的干涉式光纤陀螺仪的温漂误差实测值Q1为RBF‑ANN模型的输出，训练RBF‑ANN模型以建立干涉式光纤陀螺仪温漂误差优化模型，干涉式光纤陀螺仪温漂误差优化模型的具体表达式如下；Q1＝ANNRBF(Tx,ΔTx,[T×ΔT]x)(5)基于步骤(2)中的光纤环温度变化量ΔTx的表达式以及光纤环温度乘积量[T×ΔT]x的表达式，利用验证样本中的光纤环温度Ty分别求取光纤环温度变化量ΔTy和光纤环温度乘积量[T×ΔT]y；(6)基于步骤(4)中得到的干涉式光纤陀螺仪温漂误差优化模型，利用步骤(5)中得到的光纤环温度变化量ΔTy和光纤环温度乘积量[T×ΔT]y，分别求取对应的干涉式光纤陀螺仪的温漂误差估计值Q2，其表达式如下：Q2＝ANNRBF(Ty,ΔTy,[T×ΔT]y)(7)分别求取步骤(3)中得到的温漂误差实测值Q1和步骤(6)中得到的温漂误差估计值Q2的偏差Q3，验证Q3是否满足预设的设计指标要求，偏差Q3的具体表达式如下：Q3(i)＝Q1(i)‑Q2(i) i＝1,2…N若Q3满足设计指标要求，则干涉式光纤陀螺仪温漂误差模型优化完毕，此时的RBF‑ANN模型即为干涉式光纤陀螺仪温漂误差优化模型；若Q3不满足设计指标要求，则返回步骤(4)，直至Q3满足设计指标要求。...

【技术特征摘要】
1.一种高精度干涉式光纤陀螺仪温漂误差模型优化方法，其特征是：(1)将干涉式光纤陀螺仪安装在集成了转台的高低温箱中，在干涉式光纤陀螺仪的光纤环处安装温度传感器，分别进行两组升降温实验，每组升降温实验数据包括光纤环温度T和干涉式光纤陀螺仪输出Gc，任取其中一组实验数据为训练样本，选择另一组实验数据为验证样本；(2)利用训练样本中的光纤环温度Tx求取光纤环温度变化量ΔTx，光纤环温度变化量ΔTx的具体表达式如下：ΔTx(i)=0i=1Tx(i)-Tx(i-1)i=2,3......N]]>式中，i为温度测量系统的温度采样时刻，ΔTx(i)为温度采样时刻i的光纤环温度变化量，Tx(i)为温度采样时刻i的光纤环温度，Tx(i-1)温度采样时刻i-1的光纤环温度，N为温度测量系统所采样的光纤环温度数据总数；然后，利用训练样本中的光纤环温度Tx求取光纤环温度乘积量[T×ΔT]x，光纤环温度乘积量[T×ΔT]x可由下式得到：[T×ΔT]x(i)=0i=1Tx(i)×ΔTx(i)i=2,3......N]]>式中，[T×ΔT]x(i)为温度采样时刻i的光纤环温度乘积量；(3)求取干涉式光纤陀螺仪输出均值Gp，其具体表达式如下：Gp=1NΣi=1NGc(i)]]>式中，Gp为干涉式光纤陀螺仪输出均值，Gc(i)为干涉式光纤陀螺仪输出实时值，训练样本中的干涉式光纤陀螺仪输出实时值Gc减去干涉式光纤陀螺仪输出均值Gp，得到干涉式光纤陀螺仪的温漂误差实测值Q1，Q1的具体表达式如下:Q1(i)＝Gc(i)-Gpi＝1,2…N(4)以训练样本中的光纤环温度Tx，以及步骤(2)中得到的光纤环温度变化量ΔTx和光纤环温度乘积量[T×ΔT]x作为RBF-ANN模型的输入训练量，以步骤(3)中得到的干涉式光纤陀螺仪的温漂误差实...

【专利技术属性】
技术研发人员：程建华，齐兵，刘萍，陈岱岱，于东伟，蒋国桉，刘柱，康瑛瑶，费再慧，董楠楠，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23