光纖陀螺儀作為新型捷聯(lián)慣性系統(tǒng)的核心部件,其光學(xué)組件和電學(xué)組件普遍具有較為顯著的溫度依賴性,這使得光纖陀螺儀對(duì)環(huán)境溫度較為敏感,進(jìn)而導(dǎo)致捷聯(lián)慣性系統(tǒng)精度顯著降低。因此,提高光纖陀螺儀對(duì)外部以及自身環(huán)境溫度的適應(yīng)性,進(jìn)而保證捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)際精度,研究光纖陀螺儀溫漂誤差精密補(bǔ)償方法具有重要意義。論文以船用光纖慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為研究背景,以實(shí)驗(yàn)室在研光纖陀螺儀為研究對(duì)象,研究一種光纖陀螺儀溫漂誤差精密補(bǔ)償方法,保證光纖陀螺儀精準(zhǔn)地、實(shí)時(shí)地、穩(wěn)定地輸出載體角速度,實(shí)現(xiàn)提高光纖陀螺儀環(huán)境適應(yīng)性的目的。論文的主要研究工作具體從以下幾方面展開:闡述論文的研究背景和研究意義,深入調(diào)研并且詳細(xì)分析光纖陀螺儀、光纖陀螺儀溫控技術(shù)、光纖陀螺儀溫漂誤差補(bǔ)償技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,進(jìn)而確定光纖陀螺儀溫漂誤差精密補(bǔ)償方法的總體需求和關(guān)鍵技術(shù),并據(jù)此提出溫度控制和溫漂誤差補(bǔ)償相結(jié)合的光纖陀螺儀溫漂誤差精密補(bǔ)償方法的總體方案。為提升溫度測(cè)量的精度,提出基于序列激勵(lì)控制的精密測(cè)溫方法。選用鉑電阻Pt1000為測(cè)溫傳感器,研究基于阻值比較法的測(cè)溫電路,消除測(cè)溫電路中的非線性誤差;研究并設(shè)計(jì)序列激勵(lì)控制方法,消除測(cè)溫回路中的熱電動(dòng)勢(shì),并有效抑制自熱效應(yīng);研究并提出AD同步采樣方法,消除因激勵(lì)源和參考源不穩(wěn)定而導(dǎo)致的AD采樣誤差;優(yōu)化設(shè)計(jì)大溫寬下精密測(cè)溫方法參數(shù);研究基于分段線性擬合的溫度校正方法,減小擬合誤差并提高計(jì)算實(shí)時(shí)性;根據(jù)測(cè)溫噪聲特性,設(shè)計(jì)低通濾波算法,減小隨機(jī)干擾對(duì)測(cè)溫精度的影響。然后,利用恒溫槽對(duì)該精密測(cè)溫方法開展長時(shí)間考核。為解決光纖陀螺儀環(huán)境適應(yīng)性較差的問題,在闡述Smith預(yù)估器提升PID溫度控制系統(tǒng)控制效能的基礎(chǔ)上,提出基于Smith預(yù)估器的小溫變梯度控制方法。針對(duì)Smith預(yù)估器存在控制效能降低的情況,通過仿真分析Smith預(yù)估器與溫控箱參數(shù)不匹配對(duì)系統(tǒng)控制效能的影響,從數(shù)字控制系統(tǒng)的采樣信號(hào)特性出發(fā),設(shè)計(jì)可精確估計(jì)溫控箱參數(shù)的離散近似估計(jì)模型為Smith預(yù)估器參數(shù)更新提供參考。根據(jù)溫控箱內(nèi)部溫度樣本精確辨識(shí)溫控箱參數(shù)并建立離散近似估計(jì)模型,進(jìn)而實(shí)時(shí)更新Smith預(yù)估器參數(shù),及時(shí)調(diào)節(jié)溫度控制量以實(shí)現(xiàn)溫控箱內(nèi)部溫度小溫變梯度變化,最終精確地、平穩(wěn)地穩(wěn)定于目標(biāo)溫度。最后,設(shè)計(jì)溫度升降實(shí)驗(yàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果從動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性兩方面對(duì)DA模型和Fuzzy模型的參數(shù)估計(jì)性能進(jìn)行對(duì)比分析,并對(duì)小溫變梯度控制進(jìn)行性能分析。為解決光纖環(huán)存在較強(qiáng)溫度依賴性的問題,分析光纖陀螺儀溫漂誤差的產(chǎn)生機(jī)理,探索出影響光纖陀螺儀溫漂誤差的另一重要因素,即溫度復(fù)合量。利用溫度復(fù)合量改造傳統(tǒng)型光纖陀螺儀溫漂誤差估計(jì)模型,建立基于溫度、溫度變化量和溫度復(fù)合量的改進(jìn)型光纖陀螺儀溫漂誤差估計(jì)模型�；跍囟壬祵�(shí)驗(yàn),測(cè)試實(shí)驗(yàn)室在研光纖陀螺儀,根據(jù)光纖環(huán)溫度相關(guān)量和光纖陀螺儀溫漂誤差,利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立改進(jìn)型光纖陀螺儀溫漂誤差估計(jì)模型。然后,設(shè)計(jì)溫度升降實(shí)驗(yàn)分別考核傳統(tǒng)型光纖陀螺儀溫漂誤差估計(jì)模型和改進(jìn)光纖陀螺儀溫漂誤差估計(jì)模型,并對(duì)其性能進(jìn)行對(duì)比分析。為考核光纖陀螺儀溫漂誤差精密補(bǔ)償方法的綜合性能,以光纖陀螺儀輸出角速度的精準(zhǔn)性和穩(wěn)定性作為考核依據(jù),設(shè)計(jì)溫度升降實(shí)驗(yàn)分別對(duì)基于溫控、基于溫補(bǔ)、溫控和溫補(bǔ)相結(jié)合的三種方法進(jìn)行性能考核,并對(duì)其考核結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析�？己私Y(jié)果表明,經(jīng)光纖陀螺儀溫漂誤差精密補(bǔ)償方法補(bǔ)償后,溫控箱內(nèi)部溫度變化梯度顯著減小至約為原值的60%,PID溫度控制系統(tǒng)的超調(diào)量基本消除;精密補(bǔ)償后光纖陀螺儀的輸出精度能達(dá)到?0.05°/h,精密補(bǔ)償后的輸出均方差較精密補(bǔ)償前的輸出均方差提高約為兩個(gè)數(shù)量級(jí),平均提高到精密補(bǔ)償前輸出均方差的1.932%。基于此,溫控和溫補(bǔ)相結(jié)合的光纖陀螺儀溫漂誤差精密補(bǔ)償方法能夠有效減小溫度變化梯度,提升光纖陀螺儀的環(huán)境適應(yīng)性,確保溫控箱內(nèi)部溫度長時(shí)間相對(duì)穩(wěn)定,進(jìn)而提升光纖陀螺儀的精準(zhǔn)性和實(shí)時(shí)性;能夠精準(zhǔn)地補(bǔ)償光纖陀螺儀溫漂誤差漂移,有效地解耦光纖環(huán)的溫度依賴性,保證光纖陀螺儀精準(zhǔn)地、穩(wěn)定地輸出角速度。對(duì)于保證慣性導(dǎo)航系統(tǒng)能夠在不同工作環(huán)境下精確地、穩(wěn)定可靠地運(yùn)行來說,光纖陀螺儀溫漂誤差精密補(bǔ)償方法具有重要意義。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN96
【部分圖文】：

圖 2.1 測(cè)溫電路原理圖Fig.2.1 Schematic diagram of temperature measuring circuit，1R 為 Pt1000，2R 為參考電阻，3R 、4R 為分壓電阻，5R 、6R 為增益可、9R 和10R 為導(dǎo)線電阻，1V 為鉑電阻兩端電壓，2V 為參考電阻兩端電壓用于建立激勵(lì)序列的激勵(lì)開關(guān)。圖 2.2 給出了精密測(cè)溫方法總體方案

為了有效削減 Pt1000 的自熱效應(yīng)對(duì)測(cè)溫準(zhǔn)確性的影響，研究并設(shè)計(jì)序列激勵(lì) Pt1000 的實(shí)際工作時(shí)間以有效抑制 Pt1000 的自發(fā)熱量，從而提高溫度測(cè)量精方便于其他外圍設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，設(shè)計(jì) RS422 通訊接口實(shí)時(shí)與各設(shè)備的數(shù)據(jù)。.2 小溫變梯度控制方案設(shè)計(jì)對(duì)于具有顯著溫度依賴性的光纖和環(huán)境適應(yīng)性的光纖陀螺儀來說，光纖環(huán)溫度溫漂誤差的大小，同時(shí)也決定了其輸出準(zhǔn)確性。為了準(zhǔn)確估計(jì)光纖陀螺儀溫漂誤光纖陀螺儀輸出角速度信息的精確性，維持溫控箱內(nèi)部溫度緩慢且平穩(wěn)的變化分必要的。溫控箱內(nèi)部溫度緩慢且平穩(wěn)地變化利于光纖環(huán)物理特性的建立，利制干涉信號(hào)測(cè)量偏差和測(cè)量噪聲，利于提高光纖陀螺儀的環(huán)境適應(yīng)性。由于 PI術(shù)被普遍地應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)中，其控制對(duì)象為溫控箱，為了提高 PID 控制性溫控箱內(nèi)部溫度緩慢且平穩(wěn)地變化，針對(duì) PID 控制特性而設(shè)計(jì)的 Smith 預(yù)估器適的選擇。圖 2.3 給出了基于 Smith 預(yù)估器的小溫變梯度控制方法的總體方案

進(jìn)而實(shí)時(shí)補(bǔ)償光纖陀螺儀溫漂誤差。改進(jìn)型光纖陀螺儀溫漂誤差估計(jì)模型的總體方案如圖2.5 所示。圖 2.5 改進(jìn)型光纖陀螺儀溫漂誤差估計(jì)模型總體方案Fig.2.5 General scheme of modified estimation model for temperature drift error of FOG首先，在-10℃～40℃溫度范圍內(nèi)，利用溫控系統(tǒng)以 5℃溫度增量改變目標(biāo)溫度，并記錄下各個(gè)溫度變化過程中光纖陀螺儀輸出的角速度。根據(jù)溫度梯度效應(yīng)可知，溫控箱中各點(diǎn)的實(shí)際溫度與目標(biāo)溫度存在偏差，此時(shí)，光纖環(huán)處的實(shí)際溫度不能完全等價(jià)于目標(biāo)溫度。因此，在光纖環(huán)處布置溫度傳感器，利用溫控系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量光纖環(huán)的實(shí)際溫度。然后，用光纖陀螺儀輸出實(shí)測(cè)值減去光纖陀螺儀輸出參考值即可求得由于溫度變化而造成的光纖陀螺儀溫漂誤差。利用所求的光纖陀螺儀溫漂誤差和光纖環(huán)的溫度相關(guān)量T 、 T 和T T 訓(xùn)練 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，直至經(jīng)過光纖陀螺儀溫漂誤差估計(jì)值補(bǔ)償過的光纖陀螺儀輸出滿足指標(biāo)要求，此時(shí)，光纖陀螺儀溫漂誤差估計(jì)模型建立完畢。當(dāng)完成光纖環(huán)溫度測(cè)量后，便可根據(jù)光纖陀螺儀溫漂誤差估計(jì)模型得到光纖陀螺儀溫漂誤差估計(jì)值，將光纖陀螺儀輸出實(shí)測(cè)值減去光纖陀螺儀溫漂誤差后即可獲得溫漂誤差補(bǔ)償后的光纖陀螺儀輸出。
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6 ;簡(jiǎn)訊[J];國外激光;1994年07期

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8 中澤齊彥;周志柏;;光纖陀螺儀[J];礦山測(cè)量;1992年01期

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