光纤陀螺温度漂移误差建模及补偿技术研究

论文摘要

光纤陀螺是一种新型的角速率传感器,具有动态范围宽、体积小、重量轻等优点。但是当外界环境温度的变化时,光纤陀螺的温度漂移严重影响了其输出精度,导致其工程实际中的应用也受到了严重影响。近年来,国内外对光纤陀螺温度漂移特性的研究做了很多工作,对于抑制光纤陀螺的温度漂移大多数通过三个方面进行研究:光纤陀螺机理结构的改善、硬件温控措施及软件建模补偿。由于工艺条件和元器件本身的限制等,从结构及机理上消除温度误差难度大,并且成本较高。因此现阶段软件建模及补偿的方法得到了广泛的研究。本文基于软件补偿的方法,主要对光纤陀螺温度漂移误差建模及补偿进行了研究。首先,介绍了光纤陀螺的基本原理,针对温度对光纤陀螺性能的影响进行分析,并对目前抑制光纤陀螺温度漂移的几种方法做了比较。为采用软件补偿的方法打下理论基础。其次,通过实测中等精度陀螺数据,研究影响陀螺漂移的各温度因素,对温度、温度变化率和温度梯度,进行了定性、定量分析。基于多项式拟合的方法,对光纤陀螺温度漂移采用分段建模补偿。通过仿真,光纤陀螺温度漂移明显减小,证明模型有效。再次,利用神经网络的非线性映射能力,采用BP神经网络对光纤陀螺的温度漂移误差进行建模并补偿。经比较,BP神经网络补偿精度要高于多项式拟合的方法。最后,结合多项式拟合与BP神经网络两种补偿方法,设计了光纤陀螺温度漂移误差总体补偿方案,针对区别恒温、变温两种情况,以温度变化率为主要判断因素,并设立的判断条件,最终形成统一的陀螺温度误差补偿方案。经补偿验证后光纤陀螺温度漂移误差可减小40%,说明在一定的温度变化率范围内对光纤陀螺温度漂移的辨识与补偿是有效的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及其研究目的和意义
• 1.2 光纤陀螺温度误差补偿研究现状
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 光纤陀螺温度效应机理
• 2.1 光纤陀螺基本原理
• 2.2 光纤陀螺仪的性能指标
• 2.3 影响光纤陀螺精度的主要误差源
• 2.4 温度对光纤陀螺性能的影响
• 2.4.1 温度噪声的影响
• 2.4.2 热致非互易相位漂移Shupe误差
• 2.4.3 光纤环的绕制对温度漂移的影响
• 2.4.4 残余温度对光纤陀螺的影响
• 2.5 光纤陀螺温度误差的抑制方法
• 2.5.1 改善光纤陀螺机理结构
• 2.5.2 温度误差硬件补偿措施
• 2.5.3 温度误差的软件补偿
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于多项式拟合的温度漂移建模补偿
• 3.1 光纤陀螺温度特性试验
• 3.1.1 恒温温度误差特性测试方案
• 3.1.2 变温温度误差特性测试方案
• 3.1.3 光纤陀螺温度试验数据说明
• 3.2 光纤陀螺温度试验数据分析
• 3.2.1 恒温试验数据分析
• 3.2.2 变温试验数据分析
• 3.3 恒温情况下光纤陀螺输出与各温度因素相关性分析
• 3.3.1 恒温启动阶段陀螺输出与各温度因素相关性
• 3.3.2 恒温热平衡阶段陀螺输出与各温度因素相关性
• 3.3.3 恒温情况下陀螺输出与各温度因素过程相关性曲线
• 3.4 变温情况下光纤陀螺输出与各温度因素相关性分析
• 3.4.1 变温启动阶段陀螺输出与各温度因素相关性
• 3.4.2 变温保温阶段陀螺输出与各温度因素相关性
• 3.4.3 变温情况下陀螺输出与各温度因素过程相关性曲线
• 3.5 多项式拟合温度误差建模及补偿
• 3.5.1 多项式拟合温度误差建模方案
• 3.5.2 恒温情况下补偿及结果统计分析
• 3.5.3 变温情况下补偿及结果统计分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于神经网络的温度漂移误差补偿
• 4.1 神经网络黑箱模型
• 4.2 BP神经网基本理论
• 4.2.1 正向传播
• 4.2.2 误差反向传播
• 4.3 光纤陀螺温度漂移的BP神经网络建模
• 4.3.1 BP网络的建立
• 4.3.2 样本集的数据预处理
• 4.3.3 网络训练参数的选取
• 4.3.4 网络训练结果
• 4.4 温度误差补偿及结果统计分析
• 4.4.1 恒温数据补偿曲线及结果统计
• 4.4.2 变温数据补偿曲线及结果统计
• 4.5 多项式拟合与BP神经网络补偿结果对比
• 4.6 本章小结
• 第5章 光纤陀螺温度漂移的总体补偿方案
• 5.1 主要因素的确定
• 5.1.1 主要因素的选取
• 5.1.2 切换条件的确定
• 5.2 温度漂移误差总体补偿方案
• 5.2.1 总体补偿方案设计
• 5.2.2 温度漂移误差仿真补偿
• 5.2.3 补偿结果统计分析
• 5.3 仿真验证及结果统计分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历