惯导 激光陀螺误差、光纤陀螺

光纤陀螺术语及测试方法光纤陀螺是一种利用光学原理来测量角速度和方向的仪器。

其优点包括精度高、响应速度快、稳定性好等，因此在惯性导航、航天航空、自动控制等领域得到了广泛的应用。

光纤陀螺的术语主要包括以下几个方面：1.动态误差：动态误差是指光纤陀螺在运动过程中由于各种因素导致的测量误差。

例如，由于光纤陀螺的光学元件和机械部件在运动时产生的振动、材料膨胀等原因，会导致测量结果的偏差。

2.静态误差：静态误差是指光纤陀螺在静止不动时由于各种因素导致的测量误差。

例如，由于光纤陀螺的温度变化、光学元件和机械部件的松动等原因，会导致测量结果的偏差。

3.小干扰误差：小干扰误差是指光纤陀螺在受到小幅度干扰时产生的测量误差。

例如，由于光纤陀螺的机械结构和光学元件的松动等原因，会导致测量结果的不稳定性。

4.归零误差：归零误差是指光纤陀螺在归零过程中产生的测量误差。

例如，由于光纤陀螺的光纤光路中存在的偏移、偏振和偏心等原因，会导致归零结果的不准确性。

5.偏置误差：偏置误差是指光纤陀螺在测量过程中产生的零点漂移。

光纤陀螺的偏置误差可能由于温度变化、机械部件磨损等原因引起。

除了以上术语之外，光纤陀螺的测试方法主要包括以下几种：1.静态测试：静态测试是指将光纤陀螺放置在静止的环境中，通过测量其输出信号来评估其静态误差。

常用的方法包括将光纤陀螺与参考陀螺或参考仪器进行比较，以确定其零点漂移等测量误差。

2.动态测试：动态测试是指将光纤陀螺安装在运动的平台上，通过测量其输出信号来评估其动态误差。

常用的方法包括将光纤陀螺与参考陀螺或参考仪器进行比较，以确定其响应速度、线性度等测量性能。

3.带宽测试：带宽测试是指通过改变输入信号的频率，测量光纤陀螺输出信号的变化，以确定其响应频率范围。

常用的方法包括使用正弦波信号作为输入信号，测量光纤陀螺输出信号的幅值和相位变化。

4.稳定性测试：稳定性测试是指通过长时间连续测量光纤陀螺输出信号的变化，以确定其稳定性和长期稳定性。

光纤陀螺的误差分析光纤陀螺是一种利用光纤的旋转特性来测量角速度的仪器。

它广泛应用于航空航天、导航和惯性导航等领域，因其高精度和可靠性而备受青睐。

然而，光纤陀螺所测量的角速度存在一定的误差，需要进行误差分析。

首先，系统误差可以分为多个方面进行分析。

首先是由于仪器本身结构所带来的误差，如光纤的长度不一致、光纤的非线性效应以及光纤的固有频率漂移等。

这些因素会导致测量的角速度偏离真实值。

其次，光纤陀螺的工作原理也会对测量结果造成一定的影响。

例如，光纤的激光光源可能存在一定的功率波动，或者光纤传输过程中会发生损耗和散射。

这些因素会导致光线强度的不稳定，从而影响角速度的测量精度。

另外，光纤陀螺的随机误差主要是由环境、温度和材料等因素引起的。

环境因素包括振动、加速度和温度变化等，这些都会对光纤陀螺的灵敏度和精度造成影响。

温度变化会导致光纤的长度变化，从而影响光纤陀螺的测量精度。

此外，光纤陀螺所使用的材料也可能会受到磁场的干扰，从而影响测量结果的准确性。

这是因为磁场会对光纤陀螺的光纤和传感器产生一定的影响，导致角速度测量的误差。

为了降低光纤陀螺的误差，可以采取以下措施。

首先，通过优化仪器的结构和工作原理，减少系统误差。

例如，采用更精密的光纤制备工艺，以及高稳定性的光源和光探测器。

其次，可以采用传感器融合的方法，结合其他惯性传感器如加速度计和磁力计，从而提高测量的准确性和稳定性。

此外，应尽量减少环境干扰，保持光纤陀螺的工作环境稳定。

在温度方面，可以采取温度补偿和保温措施，以减少温度变化对光纤陀螺的影响。

总之，光纤陀螺是一种高精度的角速度测量仪器，但其测量结果仍存在一定的误差。

这些误差主要由仪器的结构、工作原理和环境因素引起。

通过优化仪器结构、增加传感器融合和降低环境干扰，可以有效减少光纤陀螺的误差，提高其测量精度和可靠性。

光纤陀螺仪的误差分析目前光纤陀螺的研究和应用中还存在着一些关键技术需要作进一步的深入研究。

最突出的问题就是存在许多难以解决的误差源。

一、光纤陀螺仪的分类光纤陀螺按其光学工作原理可分为三类：1、干涉式光纤陀螺（IFOG）2、谐振式光纤头陀螺（RFOG）3、受激布里渊散射式光纤陀螺（BFOG）其中干涉式光纤陀螺技术已完全成熟并产业化，而谐振式光纤陀螺和受激式布里渊散射式光纤陀螺还处于基础研究阶段，尚有许多问题需要进一步探索。

所以这里主要探讨干涉式光纤陀螺的误差分析。

二、干涉式光纤陀螺原理干涉式光纤陀螺的主体是一个萨格奈克（Sagnac）干涉仪，由宽带光源（如超发光二极管或光纤光源）、光纤耦合器、光探测器、Y分支多功能集成光学芯片和光纤线圈组成，其原理基于萨格奈克效应：当陀螺旋转时，光纤线圈内沿顺时针和逆时针方向传播的两束广波之间产生一个与旋转角速率成正比的相位差：式中：R为光纤线圈的半径；L为光纤长度；为光源平均波长；c为真空中的光速。

图1 干涉式光纤陀螺的机构组成三、光纤陀螺的噪声来源由于环境及光纤陀螺本身的各种噪声源的影响，光纤陀螺输出信号中存在着各种随机误差项。

为了减少光纤陀螺的误差并提高其精度，需要对其进行性能评价，辨识出影响其精度的主要误差源，以便进一步采取措施消除相关的随机误差。

在实际系统中，萨格纳克效应非常微弱，构成光纤陀螺的每个元件都可能是噪声源，而且存在各种各样的寄生效应，它们都将引起陀螺输出漂移和标度因数的不稳定性，从而影响光纤陀螺的性能。

主要误差源1.光源噪声光源是干涉仪的关键组件，光源的波长变化、频谱分布变化、输出光功率的波动、返回光的干扰，都将直接影响干涉的效果。

另外，返回到光源的光直接干扰了它的发射状态，引起二次激发，与信号光产生二次干涉，并引起发光强度和波长的波动。

(1)光源的波长变化的影响可通过信号处理的方法加以解决。

若波长变化是由温度变化引起，则可直接测量温度而校正波长，否则，必须测量波长进行校正。

光纤陀螺仪误差分析与补偿光纤陀螺仪是一种利用光纤的干涉原理测量角速度的装置，广泛应用于惯性导航、航天航空、舰船导航等领域。

然而，光纤陀螺仪由于受到多种因素的影响，其测量结果可能存在误差。

因此，对光纤陀螺仪的误差进行分析与补偿非常重要。

首先，零偏误差是光纤陀螺仪测量出的角速度与真实角速度之间的差距。

这是由于光纤陀螺仪的初始偏置或输出电压的漂移引起的。

为了补偿零偏误差，通常采用零偏校正技术，即在测量过程中利用稳定的参考源进行校正，使得零偏误差尽可能地减小。

其次，尺度因数误差是指光纤陀螺仪输出的角速度与输入的真实角速度之间的比例误差。

这种误差可能是由于光纤陀螺仪内部元件的尺寸、形状不一致或干涉输出的非线性引起的。

为了补偿尺度因数误差，可以通过标定和校正技术来精确测量和调整光纤陀螺仪的尺度因数，使得测量结果更加准确。

此外，光纤陀螺仪的寿命误差是指其输出在使用一段时间后的漂移误差。

这种漂移可能是由于光纤陀螺仪内部元件的老化、磨损或热膨胀引起的。

为了补偿寿命误差，可以采用自适应滤波技术和故障检测技术，通过与历史数据的比较和分析，实时调整光纤陀螺仪的输出，以减小误差。

最后，光纤陀螺仪的温度误差是由于环境温度变化引起的。

温度变化会导致光纤陀螺仪内部元件的物理性质发生变化，进而影响测量结果的准确性。

为了补偿温度误差，可以在设计过程中采用温度补偿电路，通过测量环境温度，并根据温度-误差曲线对输出信号进行补偿，以提高光纤陀螺仪的稳定性和精度。

综上所述，光纤陀螺仪误差的分析与补偿对于提高其测量精度和可靠性至关重要。

通过对各种误差源的理解和分析，可以采取相应的校正和补偿措施，实现准确、稳定的角速度测量。

在实际应用中，还需要考虑误差的累积效应和系统的实时性要求，以确保光纤陀螺仪的性能达到设计要求。

光纤陀螺仪的使用方法与误差分析光纤陀螺仪是一种非常重要的惯性导航装置，其基本原理是利用光纤传感器测量设备的转动角速度。

光纤陀螺仪具有精度高、体积小、重量轻等优点，在航空、航天、船舶等领域有着广泛的应用。

然而，由于各种原因，光纤陀螺仪在使用过程中可能会出现误差，因此正确使用和误差分析是非常关键的。

首先，光纤陀螺仪的正确使用方法是确保准确测量角速度的前提。

在使用之前，应首先对光纤陀螺仪进行校准。

校准的过程包括零偏校准和比例尺校准两个步骤。

零偏校准是指将光纤陀螺仪放置在静止状态下，将测量到的角速度归零。

比例尺校准是指通过旋转光纤陀螺仪，测量到的角速度与实际角速度之间的差异进行调整，以确保测量结果的准确性。

其次，误差分析是对光纤陀螺仪测量结果的准确性进行评估和修正的过程。

光纤陀螺仪可能出现的误差包括零偏误差、量程误差、非线性误差和温度漂移误差等。

零偏误差是指在零速度条件下，光纤陀螺仪测量结果与实际角速度之间的偏差。

零偏误差可以通过多次测量取平均值的方法来减小。

量程误差是指光纤陀螺仪测量结果与实际角速度之间的偏差随测量范围的增大而增大。

对于不同量程的测量，可以选择合适的量程范围来减小量程误差。

非线性误差是指光纤陀螺仪测量结果与实际角速度之间的非线性关系，可以通过线性补偿的方法来降低。

温度漂移误差是指光纤陀螺仪在温度变化的情况下，测量结果与实际角速度之间的偏差。

可以通过温度补偿的方法来减小温度漂移误差。

除了上述误差，还有一些其他因素可能会对光纤陀螺仪的测量结果产生影响。

比如，机械振动、电磁干扰和辐射等都可能引起光纤陀螺仪的测量误差。

为了尽量减小这些误差，可以通过增加机械隔离、电磁屏蔽和改进传感器结构等方式来提高光纤陀螺仪的抗干扰能力和稳定性。

总之，光纤陀螺仪的正确使用方法和误差分析是保证测量结果准确性的关键。

通过校准光纤陀螺仪以及对各种误差进行合理分析和修正，可以有效提高光纤陀螺仪的精度和可靠性。

在实际应用中，还应根据具体情况选择适当的校准方法和误差分析手段，并结合其他惯性导航装置进行综合应用，以提高导航系统的整体性能。

第2讲：捷联惯导系统温度误差特性建模惯性器件温度误差特性的测试与建模1 光学陀螺的温度误差对于工程化要求的光学陀螺，为适应各个领域的应用，一般要求其具有较宽的工作温度范围（一般为-40～60℃），可以在不同温度环境下正常工作。

零偏与标度因数是衡量激光陀螺性能的两个重要指标，这两项指标受温度的影响很大。

1.1 激光陀螺的温度特性有源谐振腔激光陀螺原理图激光陀螺外界温度变化时，使激光陀螺本体产生热膨胀，导致激光环路的程长增长，零偏和标度因数都会发生变化。

而且，外界温度变化会影响到信息处理电路元器件的工作状态，产生数据读出误差。

即使温度不发生变化，不同温度点的零偏和标度因数也不相同，因为温度不同陀螺本体内部物理结构会产生一些常值的变化。

总之，温度变化和绝对温度值能够影响到谐振腔激活介质增益、顺时针、逆时针光波的自作用和互作用、反射镜特性参数、闭锁锁区、工作气体流动速度、谐振腔长度变化、谐振腔工作模式、压电陶瓷歪扭等，导致零偏和标度因数的变化。

(1) 室温(2) 变温室温和变温条件下的某型激光陀螺捷联系统三轴测试数据1.2 光纤陀螺的温度特性干涉型光纤陀螺结构图构成光纤陀螺的主要器件如光纤线圈、集成光学器件、光源、耦合器等对温度较为敏感，所以当工作环境温度发生变化时，在陀螺的输出信号中将产生非互易相位误差。

由温度变化造成的非互异性误差，是导致光纤陀螺零位漂移和标度因数不稳定的主要原因，严重影响着光纤陀螺仪全温度下的精度。

此外，从工程应用考虑，有的应用场合要求尽可能缩短陀螺启动后达到热平衡的过程，使其迅速进入预定的工作状态，光纤陀螺启动后需要较长的热稳定过程，不能满足使用要求。

2 温度误差与补偿方法目前为了降低和补偿温度对惯性器件（陀螺与加速度计）精度的影响，常采用四种方法：1、研制对温度不敏感的惯性器件。

从惯性器件的设计出发，使惯性器件的布局、零件的材料和结构形状满足对温度不敏感的要求。

2、在结构中增加负温度系数的材料、元件，以抵消温度变化引起的另外有关材料的物理参数的变化，补偿温度对惯性器件精度的影响。