[發明專利]光纖陀螺動態特性評估裝置及方法

在審

• 申請號: 202011632338.0
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112815935A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 凌衛偉;張琛;杜石鵬;李越強;楊聰
• 申請（專利權）人: 華中光電技術研究所（中國船舶重工集團公司第七一七研究所）
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72;G01C25/00
• 代理公司: 武漢藍寶石專利代理事務所(特殊普通合伙) 42242
• 代理人: 劉璐

本發明公開一種光纖陀螺動態特性評估裝置及方法。其中所述評估方法被執行時包括創建數字閉環光纖陀螺儀的等效動態模型；根據所述等效動態模型建立簡化模型；獲取所述簡化模型的傳遞函數；根據所述傳遞函數獲取所述簡化模型的帶寬，并且根據所述帶寬及外部角頻率獲取相位滯后；引入所述數字閉環光纖陀螺儀的全部實際參數，獲取所述帶寬的取值與至少一所述實際參數的關系。

技術領域

本發明涉及速率級光纖陀螺姿態測量、伺服跟蹤及控制領域，具體而言，涉及光纖陀螺動態特性評估裝置及方法。

背景技術

光纖陀螺傳感器(Fiber Optic Gyroscope，FOG)是基于Sagnac效應發展起來的新型角速率傳感器。光纖陀螺的技術發展已相對成熟，不同精度的工程化系列光纖陀螺產品已得到廣泛應用。

近年來，由于光纖陀螺傳感器具備角速度跟蹤特性好、體積小、精度高的特點，在姿態測量、伺服控制、光電跟瞄等領域受到廣泛關注并得到大量應用。

隨著各類跟蹤系統升級換代，外部需求對控制系統的跟蹤品質持續提高，控制系統對光纖陀螺傳感器的動態(帶寬)性能要求也同樣提出更高要求。

不同于傳統的機械陀螺傳感器，光纖陀螺傳感器以光作為傳輸介質，理論上就具有極快的響應速度和極高的帶寬，速率級光纖陀螺傳感器帶寬可達幾十kHz以上，但受信號處理方案等的限制，實際應用帶寬降低為1Khz～10Khz。

考慮到光纖陀螺串口輸出形式，常規使用更新頻率為500hz～1kHz，則陀螺解調數據在輸出前需要經過積分處理，因此實測帶寬只有100～300hz左右。

另外，經研究發現，帶寬越高，相位滯后越小，光纖陀螺的瞬態噪聲會越大，噪聲越大會影響控制精度；相反，降低光纖陀螺帶寬特性，相位滯后越大，控制精度反而會提高。因此需根據具體應用場境，合理設計光纖陀螺的帶寬特性，實現角頻率跟蹤能力和精度指標相互平衡。

目前評估光纖陀螺動態性能的測試方法有如下方式。

基于角振動臺的光纖陀螺測試方法，所述測試方法中應用的角振動臺只可產生100hz～300hz角振動，存在測試能力低，測試費用高的缺點。

基于磁光法拉第效應的光纖陀螺測試方法，所述測試方法雖然能夠克服角振動臺測試能力低的問題，但低磁場敏感性的陀螺信息容易被磁光效應產生的噪聲容易淹沒造成無法測量。

基于電壓模擬信號的光纖陀螺測試方法，所述測試方法通過信號發生器模擬角振動臺的角振動情況，再將發生信號疊加到陀螺電路上，實現動態測量；但所述測試方法同樣會存在信號發生器對陀螺內部引入噪聲較大的問題，影響測量精度。

發明內容

本發明實施例至少公開一種光纖陀螺動態性能評估方法。本發明評估方法建立數字閉環光纖陀螺的等效動態模型，推導出數字閉環光纖陀螺的系統傳遞函數，從理論層面分析光纖陀螺的真實頻率特性情況，從而分析出影響帶寬的各主要因素，為光纖陀螺的定制化動態性能設計及評估提供重要參考。

為了實現上述內容，本實施例中所述評估方法被執行時包括：

S100、創建數字閉環光纖陀螺儀的等效動態模型；

S210、根據所述等效動態模型建立簡化模型；

S220、獲取所述簡化模型的傳遞函數；

S230、根據所述傳遞函數獲取所述簡化模型的帶寬，并且根據所述帶寬及外部角頻率獲取相位滯后；

S300、引入所述數字閉環光纖陀螺儀的全部實際參數，獲取所述帶寬的取值與至少一所述實際參數的關系。