王吉英

摘要：为了了解摇摆状态下光纤陀螺仪的测量误差，使用了高频角振动台，同时还采用了角速率积分的分析方法，以此来测量数值和分析误差，在误差测试中，应明确误差测试的原理，根据角速率积分的计算步骤和计算方法进行计算，经过检测和分析，发现测试的误差较小，可以利用该方法进行测试，根据测试结果提高光纤陀螺仪的精确性。

关键词：光纤陀螺仪;摇摆状态;误差测试

前言：

光纤陀螺仪是一种惯性仪表，有较多优势，其系统为闭环系统，根据不同的光束判断角速度，非常可靠，具有良好的性能和较长的使用寿命，光纤陀螺仪可以应用在很多领域，对摇摆状态误差测试进行研究，能够发现光纤陀螺仪的不足，进一步增强光纤陀螺仪的精确性。

1光纤陀螺仪的应用

光纤陀螺仪有不同的精度，在精度中等或者精度较高的情况下，一般会在军事领域、航天领域和空间技术方面使用光纤陀螺仪，但是光纤陀螺仪的成本也相对较高，例如，船舶可以利用光纤陀螺仪寻找方向，计算出角度和速率等数据，航天领域可以利用光纤陀螺仪掌握飞机数据，火箭升空时，还能对火箭进行跟踪。当光纤陀螺仪的精度和成本相对较低时，可以将其用于汽车导航和汽车定位，还能在姿态控制和机器人控制等方面进行应用[1]。

2光纤陀螺仪在摇摆状态下的误差测试研究

2.1误差测试原理

光纤陀螺仪光路由几个部分构成，最基础的是光源和Y波导，其中还包含两个重要装置，分别是光纤环传感器与耦合器，共同构成一个微系统。光源会产生光，光在传播的过程中，会穿过2×2单模光纤耦合器，随后光会经过Y波导，在整个光纤环内部，光会向着另一个方向传播，返回的时候同样会经过Y波导，在此处的合光点部位进行干涉，这时会产生干涉光波，继续传播会穿过2×2单模光纤耦合器，最后传播到探测器那里。在旋转的过程中，两束光会受到Sagnac效应的影响，形成光程差和相位差，缠身干涉光波。要想了解准确的旋转速度，可以用光电探测器，用该装置得出干涉光强的具体数据[2]。

假设光纤陀螺仪围绕着敏感轴运动，处于正弦摇摆的状态中，此时，将摇摆的频率设定为f，将角速率的最高值设定为M，这样就会得到光纤陀螺敏感的角速率，角速率计算公式如下：

得到敏感的角速率后，对其进行一次微分，经过计算，就能得到角加速度：

从公式（1）和公式（2）能欧看出，光纤陀螺仪进行正弦摇摆时，不仅会做变角速率运动，还会做变角加速度运动，输入角速度并不是固定不变的，在运动的过程中，具体的数值会发生变化。根据敏感的角速率进行计算，能够计算出角位移的数值：

其中，T代表时间，要想知道确切时间下的角位移，可以按照以下公式计算：

要想得到特定时间中的角位移误差，需要运用积分得到的角位移，通过计算得出该数字与实际角位移数值的差值，这就是角位移误差：

2.2误差测试方法

进行光纤陀螺仪角振动误差测试之前，需要安装测试用的设备和装置，在高频角振动台上，需要放置光纤陀螺仪，将其放到中心点的位置，固定好光纤陀螺仪后，注意输入轴的角度和方向，要与振动轴保持相同的方向。角振动台连接着控制机柜，光纤陀螺仪连接着快采模块，该模块通着电源，连接着计算机。通上电之后，连续采集陀螺仪的输出数值。

设定时间为（i=1，…，n1-2，n1-1，n1），具体时间下的陀螺仪输出数值为，振动之前，将输出数值的平均值设定为，输出均值的计算方法如下：

设定震动频率，同时还要设定幅度，设置好参数后开启角振动台，持续记录输出的数值，设定时间为（j=n1+1，n1+2，…，n2-2，n2-1，n2），特定时间下的光纤陀螺仪输出为，在振动状态中，光纤陀螺仪输出数值的平均值为，此时的输出均值如下：

将角振动台关闭，让转台处于最开始的位置，关闭角振动台后的时间设定为（k=n2+1，n2+2，…，n3-2，n3-1，n3），此时的陀螺仪输出数值为，完成振动之后，光纤陀螺仪输出数值的平均值为，公式如下：

地球自转会对光纤陀螺仪产生影响，考虑地球自转的情况下，光纤陀螺仪敏感的角速率为，将陀螺标度因数设定为K计算公式如下：

转台转动时，也会对陀螺仪的检测数值产生影响，应考虑转台转动中的角速率和角位移，将陀螺仪数据收集的周期设定为Δt，角位移的计算公式如下：

角振动台不再转动并回到最开始的方位时，能够得到角位移误差，计算公式如下：

2.3误差测试结果

经过计算和分析，发现在正弦摇摆状态中检测的数据误差较小，用角速率积分进行研究，发现角位移误差明显，光纤陀螺仪摇摆时，角位移向着某个方向移动，最大的角位移累计误差大约为0.078°。该误差有可能与闭环反馈参数设计有关，重新设置参数后，误差变为0.0065°。

结论：在误差测试中，当光纤陀螺仪处于摇摆状态时，对输出数值进行分析，发现误差并不明显，使用角速率积分的方式进行分析，测量误差比较明显，根据误差分析发展趋势和规律特点，探究誤差的原因并进行调整，调整后的误差较小，证明了本文的测试方法是有效的。

参考文献：

[1]张耀方，董晖.光纤陀螺仪中尖峰脉冲引起漂移的误差和抑制探讨[J].信息系统工程，2019（08）：147.

[2]闾晓琴，黄鑫岩，高峰，等.光纤陀螺仪在摇摆状态下的误差测试分析方法[J].传感器与微系统，2019，38（07）：21-22+27.