[发明专利]一种光纤陀螺分步温度补偿方法

说明书

本发明涉及一种光纤陀螺分步温度补偿方法，步骤包括：1、在设定的温度范围内，对光纤陀螺进行温度试验，同时采集陀螺的输出角速度与温度值，构建测试温度曲线；2、建立基于多层感知机的神经网络模型：模型采用三层结构，包括输入层、隐藏层和输出层；步骤3、对建立的神经网络模型进行训练；步骤4、建立多项式模型，该模型采用6系数温度补偿模型；步骤5、利用步骤4的模型，获得光纤陀螺温度漂移补偿值，将光纤陀螺的实时输出数据减去光纤陀螺温度漂移补偿值，即完成光纤陀螺的温度补偿。本发明结合神经网络对非线性拟合精度高和多项式模型易于实现的特点，提高了光纤陀螺的温度环境适应性。

技术领域

本发明属于光纤陀螺温度补充技术领域，具体涉及一种光纤陀螺分步温度补偿方法。

背景技术

光纤陀螺由于具有成本低，寿命长，体积小，动态范围大，精度应用覆盖面广，结构设计灵活，生产工艺简单等一系列优势，广泛应用于航空、航天、航海、兵器、工业和民用等领域，有着良好的发展前景和研究价值。

光纤陀螺在实际应用中，通常要求具有较宽的工作温度范围(-40℃～+60℃)。然而受限于其自身的特性，温度漂移引起的误差一直是光纤陀螺主要的误差源。因此针对光纤陀螺的温度补偿一直是研究的热点。

光纤陀螺的温度漂移是各元器件特性受温度影响的综合效果，其中光纤环圈受温度变化产生的热致非互易性相位延迟是导致温度漂移的主要原因，即Shupe效应的影响。

目前，光纤陀螺环圈的绕制方法采用多极对称绕法，极大地降低了上述误差。绕环技术逐渐趋于相对稳定的水平，光纤环的重复性和一致性较好，光纤环圈的的温度性能与温度之间的关系相对稳定。但通过对大量陀螺样本测试发现。在陀螺输出中仍包含残余温度漂移，引起残余漂移误差的主要原因有：

①光纤环圈绕制不理想引起的Shupe误差；

②光功率和电路增益对温度波动引起电路等效相位误差漂移；

③光学元件及光路系统温度敏感性导致温度漂移。

残余温度漂移误差的存在，使得光纤陀螺的温度漂移与温度之间存在复杂的非线性关系。尽管可以用公式进行部分描述，但在工程上无法很好的进行建模分析。基于此，对于光纤陀螺的温度补偿多采用系统辨识法，将光纤陀螺看作一个黑箱，利用其输入与输出的关系，建立辨识模型，得到温度漂移与温度的关系后进行相应的补偿。

温度漂移模型建立和补偿需要获得光纤陀螺在不同温度环境下的输出，通过分析数据量化漂移与温度的关系进行补偿，以达到抑制温度漂移的目的。目前常见的温度补偿模型主要有多项式模型和基于神经网络模型两种。基于多项式模型建模虽然工程上易于实现，但主要的问题是只适用于线性度较高的陀螺输出。基于神经网络模型的建模，对非线性拟合较好，但大部分的建模均是基于三层网络架构，并针对单一陀螺进行建模，因为陀螺对温度的反应具有重复性，因此容易造成数据量过少，从而导致神经网络的各种原生问题，因此训练效果不理想，泛化能力较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结合神经网络对非线性拟合精度高和多项式模型对线性拟合精度高且易于实现的特点的光纤陀螺分步补偿的方法。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：

一种光纤陀螺分步补偿的方法，其特征在于，先利用神经网络对非线性残余温度漂移误差进行修正，然后利用多项式模型对线性温度漂移进行补偿，包括如下步骤：

步骤1、在设定的温度范围内，对2500轴光纤陀螺进行温度试验，同时采集陀螺的原始输出数据D与温度T，构建测试温度曲线，并利用下式计算出温度差ΔT：

ΔT_n＝T_n-T_n-1，n＝1，2，3...

其中，n为采集的陀螺的原始输出数据D的长度；