激光陀螺仪误差分析与补偿技术

激光陀螺仪的误差分析与补偿技术、自动化学院2120121027王宇辰、激光陀螺仪的一些主要误差论文中激光陀螺仪的补偿方法、激光陀螺仪的工作机制与刚性转子陀螺仪的根本不同，因此两者的误差源也完全不同。 激光陀螺仪最大的优点是不存在线性运动和角度运动的误差。 激光陀螺的主要误差源，封闭效应：原因：由于激光介质的色散、模式牵引、反射镜等光学元件引起的光束后向散射等原因，有源腔中正、反行波的频率在一定程度上接近时，突然完全相同，即频率差小于x时为0.0。 因此，当输入转速减小到某种程度时，有源腔中的正行波和反行波的模式对的频率变得完全相同。 由于激光陀螺仪进入锁定区域，因此在该区域输入转速不会变得敏感。 缩小锁定区域、消除锁定区域、以各种偏置方式克服锁定区域的影响是激光陀螺最重要的技术。 封闭效果的消除方法：机械振动偏压是在激光陀螺仪的输入轴周围人为地加上较大的一定角速度，角速度远大于封闭阈值，因此，当输入角速度为零时，激光陀螺仪总是具有一定的频率差输出，该频率差称为偏压。 (双频抖动或四频差分)或磁镜偏置是利用交叉克尔磁场效应产生的反射镜，在磁镜的作用下在两个激光束之间产生光路差，从而产生频率差输出，其频率差是频率偏差。 法拉第效应偏压等。 使大多数抖动周期敏感的角速度超过封闭角速度。 激光陀螺仪根据克服封闭的措施，可分为机械抖动偏振激光陀螺仪、磁镜偏振激光陀螺仪、定速偏振激光陀螺仪、四频差动激光陀螺仪等。 机械抖动偏振激光陀螺是目前广泛应用的陀螺。 利用交变机械振动，陀螺仪的大部分时间偏离锁定区，大大减少了锁定误差。 主要缺点是激光孔表面的制造和研磨困难，发射镜的生产需要较高的技术，陀螺仪的价格很高。 磁镜偏振激光陀螺仪也利用交变的抖动，使陀螺仪偏离锁定区域。 利用等效旋转的磁光效应施加交变偏压，因此其精度低于振动陀螺仪。 恒速极化激光陀螺是近年来发展的极化方案，利用速度恒定度非常高的机械旋转实现极化，其精度高于振动陀螺，但体积大，且输入速度范围低。 在四频差动激光陀螺腔中，两列正方向、反方向的激光运行，分别构成两个单陀螺，对它们施加相同的法拉第效应偏压，使其远离锁定区域。 减去两者的差拍频率，可得到陀螺仪的输入角速度。 该陀螺结构复杂，成本高，技术困难。 零点漂移陀螺仪曲线只是零点，也就是说输入角速率为零时，陀螺仪输出不是零。 零漂移主要包括朗缪尔流动零漂移、磁场引起的零漂移、多模耦合效应零漂移、差模排斥零漂移、非活性介质流动和电泳引起的零漂移、链区不稳定和反不均匀引起的零漂移等。 比例系数误差比例系数误差是指标度系数的实际值相对于公称值的变化。 如果在相同的角速度输入下刻度系数发生变化，则会发生输出频率差的变化，导致激光陀螺仪的测量误差。010，3010惯性导航系统的精度主要受设备误差的影响，惯性设备误差引起的系统误差随时间累积，因此在长时间高精度应用时，必须减小惯性设备误差对导航精度的影响。 采用旋转调制技术可在导航系统中将惯性装置误差调制成周期性变化的信号，以抵消装置误差对导航精度的影响，且可提高惯性导航系统的长时间导航精度。 此外，采用旋转调制技术还提高了系统的初始对准精度。国内袁保伦研究了光学陀螺旋转调制技术的原理和比例因子的误差效应，指出光学陀螺惯导系统适合采用系统级旋转方式。 翁海娜研究了旋转调制方案，表明旋转调制方案必须正反交替旋转，否则会引入新的误差。 旋转调制技术的本质是改变陀螺传感器轴的方向，利用导航系统改变依赖于陀螺传感器轴的误差方向，抵消基于不同方向等效装置的系统导航误差，从而提高导航精度。 旋转调制技术必须具有一些基本条件以改进系统精度：1)旋转或反转不能增加惯性装置的误差；2 )惯性装置的敏感轴方向在导航系统中规则地变化。，3 .神经网络的拟合方法多项式拟合和多阶段线性回归的补偿方法必须建立在某些精确的数学模型上，但实际上这种精确的数学模型很难建立，以上运用的简化模型只是实际问题的最优逼近之一。 神经网络不依赖于任何数学模型，理论上包括至少一个s型隐藏层和一个线性输出层的BP神经网络可以通过自学习接近任何有理函数，因此建立具有温度零偏差误差的BP神经网络模型能够进一步提高补偿精度. 单轴旋转调制技术对激光陀螺慢变漂移的抑制激光陀螺误差自动补偿的一般方法是使用激光陀螺测量轴转换法。 例如，测量轴彼此正交的三个激光陀螺仪可以绕测量轴XYZ的一个轴(例如，z轴)稳定旋转，从而减少另一个两个轴(例如，x轴和y轴)的激光陀螺仪的稳定值的漂移，但是减少激光陀螺仪沿着z轴的漂移理论和实践表示陀螺仪组件可以以与测量轴不重叠的一般轴为中心旋转。 这种方法称为动态自动补偿。 此外，船用激光陀螺捷联惯导系统中激光陀螺误差自动补偿的方法研究激光陀螺仪的随机漂移噪声类似于白噪声，它是影响激光陀螺仪精度的重要因素，并且采用数字滤波器的方法可以减少随机漂移对激光陀螺仪精度的影响。 常见的“AR(2)模型”、“卡尔曼滤波”、“小波分析”和“小波包分析”四种数字滤波方法可以利用功率谱和Allan方差分析方法来比较这些滤波效果。 结果表明，激光陀螺随机漂移的去除，基于AR模型的卡尔曼滤波法效果最好，陀螺随机误差基本消除，但小波分析法和小波包分析法只能消除某种程度的高频漂移。参考文献： 激光陀螺随机漂移的数