激光陀螺仪误差分析与补偿技术课件

1、激光陀螺的误差分析与补偿技术，LAM，自动化学院，2120121027，激光陀螺的主要误差在一些论文中，激光陀螺的补偿方法和激光陀螺的工作机理与刚性转子陀螺有着根本的不同，因此它们的误差来源是完全不同的。激光陀螺仪没有与线性运动和角运动相关的误差，这是一个突出的优势。激光陀螺的主要误差源，锁定效应：原因：由于激光介质的色散、模式牵引以及反射镜等光学元件对光束的后向散射，当有源环形腔中的前向和后向行波的频率接近一定程度时，它们会突然变得完全相同，即可能存在一个最小频率差x，一旦频率差小于x，就会变成0。因此，当输入速度小到一定程度时，有源环形腔中的前向和后向行波的模式将完全相同。上述现象是激光陀

2、螺进入锁定区，该区的输入速度不敏感。激光陀螺的关键技术是减小锁定区域，消除锁定区域，采用各种频率偏移方法克服锁定区域的影响。锁定效应的消除方法：机械抖动频率偏移是在激光陀螺的输入轴周围人为增加一个较大的恒定角速度，远大于锁定阈值，使激光陀螺在输入角速度为零时总是有一个恒定的频差输出，称为频率偏移。(双频抖动，四频差分)或磁镜偏置是一种利用横向克尔磁光效应制成的反射镜。由于磁镜的作用，两个激光束之间的光程差产生频差输出，称为偏频。法拉第效应频率偏移等。使得在大多数抖动周期中敏感角速率超过锁定角速率。根据克服锁定的措施不同，激光陀螺仪可分为机械抖动偏置激光陀螺仪、磁镜偏置激光陀螺仪、恒速偏置激光陀

3、螺仪、四频差动激光陀螺仪等。机抖激光陀螺是目前广泛使用的一种陀螺。它利用交替的机械抖动在大部分时间里使陀螺仪偏离锁定区域，从而大大降低锁定误差。主要缺点是激光腔表面的制作和抛光困难，透射镜的制作需要高技术，陀螺仪的价格非常高。磁镜偏置激光陀螺也使用交替抖动偏置陀螺出锁定区。它利用等效旋转的磁光效应进行交变频率偏移，其精度比机械抖动陀螺差。恒速频偏激光陀螺是近年来发展起来的一种频偏方案。它利用机械旋转以非常高的速度恒定性来实现频率偏移。它的精度比机抖陀螺高，但体积大，输入速率范围小。两组正向和反向激光器在四频差动激光陀螺仪的腔内运行，形成两个单个陀螺仪，并向它们施加相同的法拉第效应偏置频率，以使

4、它们远离锁定区。减去两者的拍频，得到陀螺的输入角速度。这种陀螺结构复杂，成本高，技术难度大。零漂移陀螺仪曲线不超过零，即当输入角速度为零时，陀螺仪输出不为零。零点漂移主要包括朗缪尔流零点漂移、磁场零点漂移、多模耦合效应零点漂移、差模排斥零点漂移、非活性介质流和电泳零点漂移、锁定区不稳定性和前后不相等零点漂移等。比例因子误差比例因子误差是指指数因子的实际值相对于标称值的变化。在相同的角速度输入下，如果比例因子改变，输出频差也会改变，这将导致激光陀螺的测量误差。单轴旋转调制技术抑制激光陀螺的慢漂移惯性导航系统的精度主要受器件误差的影响，而由惯性器件误差引起的系统误差是随时间积累的，因此在长期高精度

5、应用中有必要降低惯性器件误差对导航精度的影响。使用旋转调制技术，我在国内，袁宝伦研究了光学陀螺旋转调制技术的原理和标度因数的误差效应，指出光学陀螺惯性导航系统更适合系统级旋转。翁海娜对旋转调制方案进行了研究，研究结果表明旋转调制方案应采用正负交替旋转，否则会引入新的误差。旋转调制技术的实质是改变陀螺敏感轴的方向，使导航系统中附着在陀螺敏感轴上的误差方向发生变化，并使不同方向的等效装置所引起的系统导航误差相互抵消，从而提高导航精度。旋转调制技术要提高系统精度必须具备以下基本条件：1)旋转或翻转不会增加惯性器件的误差；2)导航系统中惯性器件的敏感轴方向有规律地变化。神经网络拟合方法多项式拟合和多元

6、逐步线性回归补偿方法必须建立在精确的数学模型基础上，但实际上，这种精确的数学模型很难建立，而且上面使用的简化模型只是实际问题的最佳逼近。神经网络不依赖于任何确定的数学模型，理论上证明了至少有一个S形隐层和一个线性输出层的神经网络可以通过自学习逐步逼近任何有理函数。因此，建立温度偏差误差的神经网络模型是进一步提高补偿精度的重要手段。船用激光陀螺捷联惯导系统中激光陀螺误差自动补偿方法的研究激光陀螺误差自动补偿的一般方法是利用激光陀螺测轴反转的方法。例如，具有相互正交的测量轴的三个激光陀螺仪围绕测量轴之一XYZ(例如，Z轴)的稳定旋转可以减小其他两个轴(例如，X轴和Y轴)的激光陀螺仪的恒定漂移，但是不能减小激光陀螺仪沿着Z轴的漂移。理论和实践表明，陀螺组件绕与测量轴不重合的主轴旋转是可行的。这种方法称为动态自动补偿。激光陀螺随机漂移的数字滤波方法激光陀螺的随机漂移噪声类似于白噪声，是影响激光陀螺精度的一个重要因素。有四种常用的数字滤波方法，即自回归(2)模型、卡尔曼滤波、小波分析和小波包分析，可以通过分析功率谱和艾伦方差进行比较。结果表明，基于增强现实模型的卡尔曼滤波方法对激光陀螺的随机漂移滤波效果最好，基本消除了陀螺的随机误差，而小波分析和小波包分析只能在一定程度上消除高频带的漂移。参考文献：惯性导航系统陀螺