光纤捷联系统温度补偿方法*

王 毅

(海军装备部驻重庆地区军事代表局 重庆 400042)

光纤捷联系统温度补偿方法*

王 毅

(海军装备部驻重庆地区军事代表局 重庆 400042)

论文分析了惯性测量元件对捷联系统精度的影响，提出了温度补偿的方法，并通过试验分析建立了适用于工程应用的数学模型，最后通过试验验证了温度补偿方法的有效性。

光纤捷联; 温度补偿; 模型; 验证

Class Number TN253

1 引言

光纤捷联系统的惯性测量元件光纤陀螺仪和加速度计的零偏性能受温度影响较大[1]，直接影响到测量元件的测量精度，从而影响光纤捷联系统的精度，目前行业内针对这种情况通常采用硬件温控方案或软件温补方案[2]。但采用硬件温控方案在全温范围内不能保证系统温度短时间内加温到位，本文主要阐述软件温度补偿方法。

2 惯性测量元件对捷联系统水平精度的影响

光纤捷联系统本身工作模式是组合方式，姿态实时进行校正，光纤陀螺仪在生产过程中一般已经对陀螺仪全温零偏进行了温度补偿[3]，其零偏变化量不大，对捷联系统的影响较小，而加速度计的零偏变化量对捷联系统的水平精度影响较大，为此专门做了一项全温试验，试验中陀螺仪数据零偏变化量不大于1°/h，对捷联系统水平精度的影响只有0.003°，而加速度计的零偏变化量达到0.002g，对捷联系统的述评精度影响达到0.1°，因此惯性测量元件中加速度计零偏变化量是影响捷联系统水平精度的主要因素[4]。

3 温度补偿模型建立

为了减少加速度计的零偏变化量对捷联系统精度的影响，有效可行的方法是对零偏误差进行实时补偿[5]，而实时补偿的前提是已知零偏误差的模型，故需要对加速度计的零偏进行数学处理，建立适于在线补偿的数学模型[6]。模型公式如式(1)[7]：

y=b0+b1*X+b2*X2+b3*X3

+b4*X4+…+bm*Xn

(1)

y为加速度计零偏补偿量；X为捷联系统温度值；b0，b1，b2，b3，…，bm为常数。

通过一组试验来分析加速度计的零偏随温度的变化规律。

加速度计的零偏随温度的变化如图1和图2所示。

图1 北向加速度计零偏温度曲线

从图1和图2可以看出加速度计的零偏温度变化曲线(-30℃～+70℃)周期性呈近似线性变化。

在实际工程应用中考虑到系统对捷联系统的实时性要求，故选取合适的阶数使之满足系统精度要求即可。根据上述试验数据和加速度计零偏温度变化曲线，对模型式(1)进行工程应用改进，采用三阶即可，得到式(2)[8]。

y=b0+b1*X+b2*X2+b3*X3

(2)

图2 东向加速度计零偏温度曲线

根据试验数据分别进行一阶拟合，二阶拟合，三阶拟合，计算数据如表1、表2所示。

表1 北向加速度计零偏温度曲线拟合图表

表2 东向加速度计零偏温度曲线拟合图表

从表1、2数据可以看出对加速度计零偏进行一阶拟合，二阶拟合，三阶拟合都可以满足捷联系统要求[9]，工程应用中考虑到计算量，计算机字长等影响，因此对加速度计零偏温度变化曲线采用一阶拟合，修正后的误差模型为下式：

y=b0+b1*X

(3)

4 结语

通过上述分析解算建立的工程应用模型，对加速度计零偏从软件上进行了温度补偿，为验证温度补偿效果，在水平的高低温箱中进行了高低温试验，试验数据如表3所示。

表3 试验数据

试验的结果满足性能指标要求，证明对惯性测量元件加速度计零偏值采用软件温度补偿方法是有效可行的，能大大减小了温度变化对捷联系统精度的影响。

[1] 李滋刚,万德钧,等.捷联式惯性导航技术[J].中国船舶信息中心,2001(12).

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[3] 张维叙.光纤陀螺及其应用[M].北京:国防工业出版社,2008,12.

[4] 张桔才.光纤陀螺原理与技术[M].北京:国防工业出版社,2008,5.

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[8] 陈德华.基于DSP的加速度计温度补偿方法的研究[D].西安:西安电子科技大学硕士论文,2006.

[9] 刘攀龙,王国松.石英挠性加速度计的温度补偿研究[J].弹箭与制导学报,2010(10).

[10] 王桂增,叶昊.主元分析与偏最小二乘法[M].北京:清华大学出版社,2012,8.

Temperature Compensation Method for Optic Strapdown Inertial Navigation System

WANG Yi

(Military Representative Bureau of Naval Equipment Department in Chongqing, Chongqing 400042)

The effects of inertial measturement unit on the accuracy of strapdown inertial navigation system are analyzed, then the temperature compensation method is brought out and the mathematical model for engineering is established with test, finally the proposed compensation method is validated by test.

optic strapdown inertial navigation system, temperature compensation, model, test

2014年5月6日,

2014年6月25日 作者简介:王毅,男,工程师,研究方向:电子装备研制,生产质量监督。

TN253

10.3969/j.issn1672-9730.2014.11.014