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在過去的二十年間，干涉型光纖陀螺儀已從當(dāng)初的實(shí)驗(yàn)品發(fā)展成如今的成品。該技術(shù)之所以取得成功，與以下兩方面是密不可分的：一是對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信號優(yōu)化處理技術(shù)的精確分析，二是光纖通信技術(shù)重大發(fā)展推動(dòng)各種導(dǎo)波技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。

如今，在許多民用和軍用領(lǐng)域中，干涉型光纖陀螺儀已經(jīng)成為一個(gè)強(qiáng)有力的競爭者，這被許多業(yè)內(nèi)專家所認(rèn)可。干涉型光纖陀螺儀所帶來的固態(tài)技術(shù)（導(dǎo)波光學(xué)和低電壓低功率電子器件）方面的優(yōu)點(diǎn)及其潛在的低成本，必將拓寬其在慣性制導(dǎo)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

導(dǎo)航級干涉型光纖陀螺就擁有非常優(yōu)秀的性能，下面通過一組性能測試進(jìn)行說明。數(shù)據(jù)使用閉路調(diào)制/解調(diào)法獲得，其中，陀螺安裝在固定到隔振墩上的速率轉(zhuǎn)臺上。測試中的環(huán)境溫度是通過包住速率轉(zhuǎn)臺的程控烘箱來控制的。光纖陀螺的精確溫控是通過控制陀螺夾具和外殼的熱電冷卻元件來實(shí)現(xiàn)的。

計(jì)算機(jī)每10秒鐘采集一次數(shù)據(jù)，陀螺速率輸出數(shù)據(jù)與外部模擬信號（溫度、電壓、磁場能級等）同步。為降低角隨機(jī)游走引起的噪音，也為了觀測到數(shù)據(jù)的有效特性，對數(shù)據(jù)進(jìn)行了濾波操作。每一節(jié)都介紹了濾波的類型和帶寬。

零偏角隨機(jī)游走、穩(wěn)定性和重復(fù)性性能數(shù)據(jù)

在恒溫條件下使用陀螺測量了IFOG的隨機(jī)特性。定義陀螺噪音源的參數(shù)包括角隨機(jī)游走（ARW）、零偏穩(wěn)定性和零偏重復(fù)性。其中，ARW的測量主要是采集陀螺在恒溫條件下的幾個(gè)小時(shí)的10秒零偏數(shù)據(jù)。使用“AUTOFIT”16程序中的阿倫方差法來分析這些數(shù)據(jù)，目的是分離數(shù)據(jù)（速率隨機(jī)游走和零偏趨勢）的測量噪音（量化）、ARW（零偏白噪）和低頻分量。

圖a是AUTOFIT分析，圖b是一組代表數(shù)據(jù)的零偏時(shí)間關(guān)系曲線圖（兩分鐘濾波）。阿倫方差分析表明ARW為0.0009°/√hr，有0.0001°/√hr的標(biāo)準(zhǔn)測量誤差。

陀螺零偏穩(wěn)定性是這樣來確定的：使陀螺在30 ℃恒溫下運(yùn)行62小時(shí)，每隔10秒采集一次數(shù)據(jù)。對數(shù)據(jù)進(jìn)行4小時(shí)的濾波是為了把ARW引起的數(shù)據(jù)變化降低到這樣一個(gè)水平：能夠觀測到低頻零偏穩(wěn)定性特點(diǎn)。IFOG在恒溫條件下的零偏穩(wěn)定性為0.0009°/hr，1σ。

光纖陀螺的零偏重復(fù)性特點(diǎn)通過采集5次重復(fù)的24小時(shí)數(shù)據(jù)集來確定，每10秒進(jìn)行一次采樣。在每一次數(shù)據(jù)集之間要對陀螺進(jìn)行一系列的溫度循環(huán)，范圍從-10到+71℃，溫度變化率為±1.0，±0.5和±0.25℃/分。然后再比較24小時(shí)數(shù)據(jù)段的平均值來確定重復(fù)性。取這些平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，那么零偏重復(fù)性為0.0017°/hr。

零偏動(dòng)態(tài)溫度性能數(shù)據(jù)

動(dòng)態(tài)溫度條件下的零偏穩(wěn)定性是這樣來測定的：把陀螺放置到一系列代表系統(tǒng)環(huán)境溫度條件下，測試時(shí)，陀螺線圈以0.5到1.0℃/分的緩變率在-55到+71 ℃的范圍內(nèi)緩變。下圖a是整個(gè)動(dòng)態(tài)溫度零偏測試中的線圈溫度曲線圖。

測試過程中每隔10秒采集一次陀螺輸出和溫度測量值。零偏殘差通過把陀螺擬合到一個(gè)溫度模型中的方式來確定。對殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行30分鐘不間斷濾波以降低ARW效應(yīng)。如圖b所示產(chǎn)生的零偏殘差的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0081°/小時(shí)。

零偏磁靈敏度性能數(shù)據(jù)

沿陀螺的三個(gè)主軸來測量其零偏磁靈敏度。首先把每個(gè)軸消磁，然后再以10秒采樣率采集數(shù)據(jù)，其中陀螺是溫度平衡的。在各次數(shù)據(jù)采集之間，對測試中的陀螺軸施加±18gauss的磁場剖面，每4小時(shí)顛倒一次磁場極性（圖a）。然后使用5分鐘時(shí)常濾波器對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，目的是最大程度地減少ARW效應(yīng)。

先擬合陀螺對輸入磁場的響應(yīng)數(shù)據(jù)，再對擬合數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析來確定陀螺磁靈敏度系數(shù)。得到陀螺兩個(gè)橫軸的靈敏度分別為0.000054和 0.000075°/hr/gauss，輸入軸靈敏度為-0.000170°/hr/gauss。取三個(gè)靈敏度的RSS得到總向量值靈敏度為0.0002°/hr/gauss。下圖是測試中的陀螺響應(yīng)和回歸擬合，其中陀螺輸入軸上加有磁場。

光纖陀螺儀的技術(shù)正日益變得成熟，而被應(yīng)用在各種軍用和商用導(dǎo)航級系統(tǒng)中。光纖陀螺所顯示出的高性能、輕重量、小體積、低功耗及預(yù)期的高可靠性等優(yōu)勢使其在導(dǎo)航領(lǐng)域成為機(jī)械陀螺和環(huán)形激光陀螺的替代品。

標(biāo)簽： 干涉型光纖陀螺