一种光纤惯组磁灵敏度现场测试方法及系统

摘要

本发明公开一种光纤惯组磁零敏度现场测试方法及系统。所述方法包括：对光纤惯组进行自对准计算，得到第一误差；将光纤惯组手动转动180度；对转动后的光纤惯组基于第一误差进行自对准计算，得到第二误差；将第二误差作为基准参考值；将光纤惯组每次手动转动30度并进行对准，记录每次对准完成后的陀螺零偏估值，光纤惯组共转动360度；将基准参考值与各陀螺零偏估值做差，得到最大差值；判断最大差值是否小于所述陀螺精度参考阈值；若是，则光纤惯组磁零敏度满足现场要求；若否，则光纤惯组磁零敏度不满足现场要求。采用本发明的方法或系统能够在现场磁场环境作用下，不依赖于任何测试设备，可直接对光纤惯组的磁灵敏度进行测试。

权利要求

1.一种光纤惯组磁灵敏度现场测试方法，其特征在于，所述方法包括：对光纤惯组进行自对准计算，得到第一误差；

将所述光纤惯组手动转动180度；

对转动后的光纤惯组基于所述第一误差进行自对准计算，得到第二误差；

将所述第二误差作为基准参考值；

将所述光纤惯组每次手动转动30度并进行对准，记录每次对准完成后的陀螺零偏估值，所述光纤惯组共转动360度；

将所述基准参考值与各所述陀螺零偏估值做差，得到最大差值；

判断所述最大差值是否小于陀螺精度参考阈值；

若是，则光纤惯组磁灵敏度满足现场要求；

若否，则光纤惯组磁灵敏度不满足现场要求。

2.根据权利要求1所述的光纤惯组磁灵敏度现场测试方法，其特征在于，所述对光纤惯组进行自对准计算，得到第一误差，具体包括：将光纤惯组保持静态，采集惯组光纤陀螺仪和加速度计的输出数据；

根据所述输出数据应用惯性/零速组合进行自对准；

利用卡尔曼滤波器对自准完成之后的陀螺零偏误差进行计算，得到第一误差。

3.根据权利要求1所述的光纤惯组磁灵敏度现场测试方法，其特征在于，所述对转动后的光纤惯组基于所述第一误差进行自对准计算，得到第二误差，具体包括：将光纤惯组保持静态，采集惯组光纤陀螺仪和加速度计的输出数据；

根据所述输出数据应用惯性/零速组合进行自对准；

在所述第一误差的基础上利用卡尔曼滤波器对自准完成之后的陀螺零偏误差进行计算，得到第二误差。

4.根据权利要求1所述的光纤惯组磁灵敏度现场测试方法，其特征在于，所述对光纤惯组进行自对准计算，得到第一误差之前，还包括：将所述光纤惯组置于磁场环境中上电预热设定时间。

5.一种光纤惯组磁灵敏度现场测试系统，其特征在于，所述系统包括：第一误差确定模块，用于对光纤惯组进行自对准计算，得到第一误差；

转动模块，用于将所述光纤惯组手动转动180度；

第二误差确定模块，用于对转动后的光纤惯组基于所述第一误差进行自对准计算，得到第二误差；

基准参考值确定模块，用于将所述第二误差作为基准参考值；

陀螺零偏估值确定模块，用于将所述光纤惯组每次手动转动30度并进行对准，记录每次对准完成后的陀螺零偏估值，所述光纤惯组共转动360度；

最大差值确定模块，用于将所述基准参考值与各所述陀螺零偏估值做差，得到最大差值；

判断模块，用于判断所述最大差值是否小于所述陀螺精度参考阈值；

若是，则光纤惯组磁灵敏度满足现场要求；

若否，则光纤惯组磁灵敏度不满足现场要求。

6.根据权利要求5所述的光纤惯组磁灵敏度现场测试系统，其特征在于，所述第一误差确定模块，具体包括：第一采集单元，用于将光纤惯组保持静态，采集惯组光纤陀螺仪和加速度计的输出数据；

第一自对准单元，用于根据所述输出数据应用惯性/零速组合进行自对准；

第一误差确定单元，用于利用卡尔曼滤波器对自准完成之后的陀螺零偏误差进行计算，得到第一误差。

7.根据权利要求5所述的光纤惯组磁灵敏度现场测试系统，其特征在于，所述第二误差确定模块，具体包括：第二采集单元，用于将光纤惯组保持静态，采集惯组光纤陀螺仪和加速度计的输出数据；

第二自对准单元，用于根据所述输出数据应用惯性/零速组合进行自对准；

第二误差确定单元，用于在所述第一误差的基础上利用卡尔曼滤波器对自准完成之后的陀螺零偏误差进行计算，得到第二误差。

8.根据权利要求5所述的光纤惯组磁灵敏度现场测试系统，其特征在于，所述系统还包括：预热模块，用于将所述光纤惯组置于磁场环境中上电预热设定时间。

说明书

一种光纤惯组磁灵敏度现场测试方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及光纤测试领域，特别是涉及一种光纤惯组磁零敏度现场测试方法及系统。

背景技术

[0002] 光纤陀螺是近十几年来发展最快的一种新型陀螺,战术级应用的中、低精度光纤陀螺已趋于成熟，导航级应用的高精度、超高精度光纤陀螺也逐渐发展.[0003] 为确定光纤陀螺对给定应用环境的适应性，需要对其进行评估测试，以保证该陀螺满足应用的全部性能要求。光纤陀螺相关测试规范已有国军标“光纤陀螺测试方法”(GJB2426-95)可供参考。军标中对零偏、零偏稳定性、零偏重复性等已有明确定义和测试规范。

[0004] 特别地，光纤陀螺磁场敏感性作为光纤陀螺的主要非互易误差源之一，是评价光纤陀螺性能指标的重要参数。光纤陀螺零偏磁场灵敏度，表示磁场对陀螺影响的物理量，用来表征单位磁场强度下光纤陀螺法拉第效应的大小，又称为零偏磁场灵敏度系数。该类测试的目的检查和量化外部磁场对光纤陀螺零偏可能造成的影响。一般来说，要对相对于光纤陀螺仪不同的磁场方向进行完整的系列测试，在这些轴向上，磁场强度以合适的变化幅值逐步增加到最大值。

[0005] 上述测试一般在实验室内完成。现场测试和实验室测试不同，往往不具备充分的测试条件，往往需要测试人员在不提供测试设备的情况下完成对测试设备的精度评测。

[0006] 在国军标“光纤陀螺测试方法”中，零偏定义为当输入角速度为零时，陀螺仪的输出量，以规定时间内测得的输出量平均值相应的等效输入角速率表示。直接按军标测试，可以得到光纤陀螺的零偏误差，其中混叠了磁场对零偏的影响，无法直接对光纤陀螺的磁零敏度进行评价。此外，也需要借助于测试转台等基准设备作参考，否则无法扣除地球转速的影响。

[0007] 《光纤陀螺在直流及交变磁场中的磁敏感性研究》中通过实验测量三维亥姆霍兹线圈在具有不同强度的直流和交流电流下的磁场环境，分析产生的直流磁场与交变磁场的不同特性。进一步测试光纤陀螺在直流磁场以及交变磁场下的输出数据，分析直流磁场与交变磁场对光纤陀螺的不同影响。

[0008] 可以对光纤陀螺磁场敏感性进行定量分析，但也需要测试转台等基准设备作参考，否则无法扣除地球转速的影响。

发明内容

[0009] 本发明的目的是提供一种光纤惯组磁零敏度现场测试方法及系统，能够在现场磁场环境作用下，不依赖于任何测试设备，可直接对光纤惯组的磁灵敏度进行测试。

[0010] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

[0011] 一种光纤惯组磁零敏度现场测试方法，所述方法包括：

[0012] 对光纤惯组进行自对准计算，得到第一误差；

[0013] 将所述光纤惯组手动转动180度；

[0014] 对转动后的光纤惯组基于所述第一误差进行自对准计算，得到第二误差；

[0015] 将所述第二误差作为基准参考值；

[0016] 将所述光纤惯组每次手动转动30度并进行对准，记录每次对准完成后的陀螺零偏估值，所述光纤惯组共转动360度；

[0017] 将所述基准参考值与各所述陀螺零偏估值做差，得到最大差值；

[0018] 判断所述最大差值是否小于所述陀螺精度参考阈值；

[0019] 若是，则光纤惯组磁零敏度满足现场要求；

[0020] 若否，则光纤惯组磁零敏度不满足现场要求。

[0021] 可选的，所述对光纤惯组进行自对准计算，得到第一误差，具体包括：

[0022] 将光纤惯组保持静态，采集惯组光纤陀螺仪和加速度计的输出数据；

[0023] 根据所述输出数据应用惯性/零速组合进行自对准；

[0024] 利用卡尔曼滤波器对自准完成之后的陀螺零偏误差进行计算，得到第一误差。

[0025] 可选的，所述对转动后的光纤惯组基于所述第一误差进行自对准计算，得到第二误差，具体包括：

[0026] 将光纤惯组保持静态，采集惯组光纤陀螺仪和加速度计的输出数据；

[0027] 根据所述输出数据应用惯性/零速组合进行自对准；

[0028] 在所述第一误差的基础上利用卡尔曼滤波器对自准完成之后的陀螺零偏误差进行计算，得到第二误差。

[0029] 可选的，所述对光纤惯组进行自对准计算，得到第一误差之前，还包括：

[0030] 将所述光纤惯组置于磁场环境中上电预热设定时间。

[0031] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

[0032] 一种光纤惯组磁零敏度现场测试系统，所述系统包括：

[0033] 第一误差确定模块，用于对光纤惯组进行自对准计算，得到第一误差；

[0034] 转动模块，用于将所述光纤惯组手动转动180度；

[0035] 第二误差确定模块，用于对转动后的光纤惯组基于所述第一误差进行自对准计算，得到第二误差；

[0036] 基准参考值确定模块，用于将所述第二误差作为基准参考值；

[0037] 陀螺零偏估值确定模块，用于将所述光纤惯组每次手动转动30度并进行对准，记录每次对准完成后的陀螺零偏估值，所述光纤惯组共转动360度；

[0038] 最大差值确定模块，用于将所述基准参考值与各所述陀螺零偏估值做差，得到最大差值；

[0039] 判断模块，用于判断所述最大差值是否小于所述陀螺精度参考阈值；

[0040] 若是，则光纤惯组磁零敏度满足现场要求；

[0041] 若否，则光纤惯组磁零敏度不满足现场要求。

[0042] 可选的，所述第一误差确定模块，具体包括：

[0043] 第一采集单元，用于将光纤惯组保持静态，采集惯组光纤陀螺仪和加速度计的输出数据；

[0044] 第一自对准单元，用于根据所述输出数据应用惯性/零速组合进行自对准；

[0045] 第一误差确定单元，用于利用卡尔曼滤波器对自准完成之后的陀螺零偏误差进行计算，得到第一误差。

[0046] 可选的，所述第二误差确定模块，具体包括：

[0047] 第二采集单元，用于将光纤惯组保持静态，采集惯组光纤陀螺仪和加速度计的输出数据；

[0048] 第二自对准单元，用于根据所述输出数据应用惯性/零速组合进行自对准；

[0049] 第二误差确定单元，用于在所述第一误差的基础上利用卡尔曼滤波器对自准完成之后的陀螺零偏误差进行计算，得到第二误差。

[0050] 可选的，所述系统还包括：

[0051] 预热模块，用于将所述光纤惯组置于磁场环境中上电预热设定时间。

[0052] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种光纤惯组磁零敏度现场测试方法，所述方法包括：对光纤惯组进行自对准计算，得到第一误差；将所述光纤惯组手动转动180度；对转动后的光纤惯组基于所述第一误差进行自对准计算，得到第二误差；将所述第二误差作为基准参考值；将所述光纤惯组每次手动转动30度并进行对准，记录每次对准完成后的陀螺零偏估值，所述光纤惯组共转动360度；将所述基准参考值与各所述陀螺零偏估值做差，得到最大差值；判断所述最大差值是否小于所述陀螺精度参考阈值；若是，则光纤惯组磁零敏度满足现场要求；若否，则光纤惯组磁零敏度不满足现场要求。显然，采用本发明的方法能够在现场磁场环境作用下，不依赖于任何测试设备，可直接对光纤惯组的磁灵敏度进行测试。

附图说明

[0053] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0054] 图1为本发明实施例光纤惯组磁零敏度现场测试方法流程图；

[0055] 图2为本发明实施例光纤惯组磁零敏度现场测试系统结构图。

具体实施方式

[0056] 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，都属于本发明保护的范围。

[0057] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0058] 图1为本发明实施例光纤惯组磁零敏度现场测试方法流程图。如图1所示，一种光纤惯组磁零敏度现场测试方法，所述方法包括：

[0059] 步骤101：对光纤惯组进行自对准计算，得到第一误差；

[0060] 步骤102：将所述光纤惯组手动转动180度；

[0061] 步骤103：对转动后的光纤惯组基于所述第一误差进行自对准计算，得到第二误差；

[0062] 步骤104：将所述第二误差作为基准参考值；

[0063] 步骤105：将所述光纤惯组每次手动转动30度并进行对准，记录每次对准完成后的陀螺零偏估值，所述光纤惯组共转动360度；

[0064] 步骤106：将所述基准参考值与各所述陀螺零偏估值做差，得到最大差值；

[0065] 步骤107：判断所述最大差值是否小于所述陀螺精度参考阈值；

[0066] 步骤108：若是，则光纤惯组磁零敏度满足现场要求；

[0067] 步骤109：若否，则光纤惯组磁零敏度不满足现场要求。

[0068] 步骤101，具体包括：

[0069] 将光纤惯组保持静态，采集惯组光纤陀螺仪和加速度计的输出数据；

[0070] 根据所述输出数据应用惯性/零速组合进行自对准；

[0071] 利用卡尔曼滤波器对自准完成之后的陀螺零偏误差进行计算，得到第一误差。

[0072] 步骤103，具体包括：

[0073] 将光纤惯组保持静态，采集惯组光纤陀螺仪和加速度计的输出数据；

[0074] 根据所述输出数据应用惯性/零速组合进行自对准；

[0075] 在所述第一误差的基础上利用卡尔曼滤波器对自准完成之后的陀螺零偏误差进行计算，得到第二误差。

[0076] 步骤101之前，还包括：

[0077] 将所述光纤惯组置于磁场环境中上电预热设定时间。

[0078] 图2为本发明实施例光纤惯组磁零敏度现场测试系统结构图。如图2所示，一种光纤惯组磁零敏度现场测试系统，所述系统包括：

[0079] 第一误差确定模块201，用于对光纤惯组进行自对准计算，得到第一误差；

[0080] 转动模块202，用于将所述光纤惯组手动转动180度；

[0081] 第二误差确定模块203，用于对转动后的光纤惯组基于所述第一误差进行自对准计算，得到第二误差；

[0082] 基准参考值确定模块204，用于将所述第二误差作为基准参考值；

[0083] 陀螺零偏估值确定模块205，用于将所述光纤惯组每次手动转动30度并进行对准，记录每次对准完成后的陀螺零偏估值，所述光纤惯组共转动360 度；

[0084] 最大差值确定模块206，用于将所述基准参考值与各所述陀螺零偏估值做差，得到最大差值；

[0085] 判断模块207，用于判断所述最大差值是否小于所述陀螺精度参考阈值；

[0086] 若是，则光纤惯组磁零敏度满足现场要求；

[0087] 若否，则光纤惯组磁零敏度不满足现场要求。

[0088] 所述第一误差确定模块201，具体包括：

[0089] 第一采集单元，用于将光纤惯组保持静态，采集惯组光纤陀螺仪和加速度计的输出数据；

[0090] 第一自对准单元，用于根据所述输出数据应用惯性/零速组合进行自对准；

[0091] 第一误差确定单元，用于利用卡尔曼滤波器对自准完成之后的陀螺零偏误差进行计算，得到第一误差。

[0092] 所述第二误差确定模块203，具体包括：

[0093] 第二采集单元，用于将光纤惯组保持静态，采集惯组光纤陀螺仪和加速度计的输出数据；

[0094] 第二自对准单元，用于根据所述输出数据应用惯性/零速组合进行自对准；

[0095] 第二误差确定单元，用于在所述第一误差的基础上利用卡尔曼滤波器对自准完成之后的陀螺零偏误差进行计算，得到第二误差。

[0096] 所述系统还包括：

[0097] 预热模块，用于将所述光纤惯组置于磁场环境中上电预热设定时间。

[0098] 具体实施例1：

[0099] (1)光纤惯组整体放置在现场工作台上，工作台整体处于工作现场的磁场环境中，使被测试轴处于大致水平位置，上电预热5分钟；

[0100] (2)光纤惯组保持静态，采集惯组光纤陀螺仪和加速度计的输出数据进行惯性导航计算，应用惯性/零速组合进行自对准计算，利用卡尔曼滤波器估计陀螺零偏误差，对准时间为300s；

[0101] (3)自对准完成后转为惯性导航状态，手动转动惯组绕天向轴转动大致180度；

[0102] (4)光纤惯组再次处于静态，采集惯组光纤陀螺仪和加速度计的输出数据，采用惯性/零速组合进行自对准计算，在第2步陀螺零偏误差估计的基础上，利用卡尔曼滤波器继续估计陀螺零偏误差，对准时间300s；

[0103] (5)完成两位置对准，此时通过第4步骤得到的被测试轴陀螺零偏误差作为基准参考值Br；

[0104] (6)转为惯性导航状态，手动转动惯组绕天向轴转动大致30度并且重复步骤(4)；记录每次对准完陀螺零偏估值Bi；(i＝1,2,3…)

[0105] (7)重复步骤(6)直至惯组被测试轴在水平面转动360度；

[0106] (8)比较第6步骤Bi和第5步骤Br的差值，取其最大值ΔBmax，并和陀螺精度参考阈值ε进行比较，最终判断光纤惯组磁零敏度是否满足现场使用要求。若ΔBmax≤ε，则判定光纤惯组磁零敏度满足现场使用要求，否则判定为不满足。

[0107] 上述各步骤中采用的卡尔曼滤波设计如下：选取系统三轴速度误差、三轴姿态误差，以及三轴陀螺零偏误差和三轴加速度计零偏误差作为状态变量，卡尔曼滤波器的方程如下：

[0108] 系统方程

[0109] 状态方程：

[0110]

[0111]

[0112]

[0113]

[0114]

[0115] A21(6×6)＝06×6

[0116] A22(6×6)＝06×6

[0117] 其中：

[0118] v为载体运动速度矢量；

[0119] ρ为载体运动角速率矢量；

[0120] Ω为地球自转角速率矢量；

[0121] ω为ρ+Ω；

[0122] g为地球重力加速度；

[0123] R为地球半径；

[0124] f为载体感受的比力矢量；

[0125] Cij为系统捷联矩阵对应元素。

[0126] 量测方程

[0127] δZ＝[03×3 I3×3 03×9]X+υ

[0128] υ为量测噪声，δZ为惯性导航计算得到的速度误差。

[0129] 在各步骤中应用上述系统方程和量测方程，通过标准卡尔曼滤波进行迭代估计按时间顺序依次得到各步骤所需陀螺零偏误差。

[0130] 本发明不限于本方案的多位置路径，视现场测试需要，加入手动转动惯组敏感轴至需要测试的磁场敏感方向并进行对准，以及其他类似的多位置法同样能够实现本发明测试目的。

[0131] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

[0132] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。