激光陀螺仪误差分析与补偿技术

方案应采用正反交替旋转，否则会引入新的误差。
旋转调制技术的本质就是改变陀螺敏感轴方 向，使依附于陀螺敏感轴上的误差方向在导航系 中改变，使不同方向上的等效器件引起的系统导 航误差相互抵消，从而提高导航精度。 旋转调制技术必须具有以下几个基本条件才 能提高系统精度：1）旋转或者翻转不能增加惯 性器件误差；2）惯性器件的敏感轴方向在导航 系中有规律的变化。
• 《单轴旋转调制技术对激光陀螺慢变漂移的抑 制》 惯性导航系统的精度主要受器件误差的影响， 由惯性器件误差造成的系统误差随时间积累，因 此在长时间高精度的应用场合，必须降低惯性器 件误差对导航精度的影响。采用旋转调制技术， 可以在导航系统中将惯性器件误差调制成周期性 变化的信号，从而抵消器件误差对导航精度的影 响，提高惯导系统长时间导航精度。此外，采用 旋转调制技术还可提高系统的初始对准精度。国 内，袁保伦对光学陀螺旋转调制技术的原理和比 例因子误差效应进行了研究，指出光学陀螺惯导 系统更适合采用系统级旋转方式。翁海娜对旋转 调制方案进行了研究，研究结果表明，旋转调制
闭锁效应的消除方法： 机械抖动偏频，是绕激光陀螺仪的输入轴人 为地加上一个大的恒定角速度，该角速度远大于 闭锁阈值，使得在输入角速度为零时激光陀螺仪 总有一个恒定的频差输出，这个频差称为偏频。 （二频机抖、四频差动）或磁镜偏置，是利用横 向克尔磁光效应做成的一种反射镜，由于磁镜的 作用，使两束激光之间出现光程差而产生频差输 出，这个频差就是偏频。法拉第效应偏频等。使 得在大部分抖动周期内敏感的角速率超过闭锁角 速率。
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• 闭锁效应： 原因： 由于激光介质的色散、模式牵引和反射镜等光学 元件对光束的后向散射等原因，有源环形腔内正、反 向行波的频率接近到一定程度时，将突然变成完全一 样，即存在一个可能达到的最小频差X，一旦频差小 于X，就将变为0.因此当输入转速小到一定程度时，有 源环形腔内正、反向行波模对的频率将趋于完全相同。 上述现象即为激光陀螺进入锁区，此区域内输入转速 不被敏感。缩小锁区、消除锁区及采用各种偏频方法 克服锁区的影响是激光陀螺最为关键的技术。
参考文献：
《惯导系统陀螺仪理论》 郭秀中 《高精度导航系统》 章燕申 《激光捷联惯导寻北技术研究》 党建军 《激光陀螺温度误差补偿方法》 刘明庸 周良荣等
《船用激光陀螺捷联惯导系统中激光陀螺误差自动 补偿的方法研究》 凌明祥 张树侠等 《惯性器件》 陆元九 《单轴旋转调制技术对激光陀螺慢变漂移的抑制》 张伦东 刘伟等
3. 恒 速 偏 频 激 光 陀 螺 是 近 年 发 展 起 来 的 一 种 偏频方案，它利用速度恒定度非常高的机械 转动来实现偏频，其精度比机抖陀螺高，但 其体积大，而且输入速率范围低。 4. 四频差动激光陀螺的腔体中运行着两队顺、 逆方向的激光，分别构成两个单陀螺，对它 们施加相同的法拉第效应偏频，使之远离锁 区。再把二者的拍频相减，就得到陀螺的输 入角速率。这种陀螺结构复杂，成本高，技 术难度大。
激光陀螺根据克服闭锁的措施不同可分为：机械 抖动偏频激光陀螺、磁镜偏频激光陀螺、恒速偏 频激光陀螺、四频差动激光陀螺等。 1. 机械抖动偏频激光陀螺是目前获得广泛应用 的一种陀螺。它利用交变的机械抖动使陀螺 大部分时间从锁区偏置出来，从而大大减小 闭锁误差。主要缺点为制造和抛光激光腔体 的表面很困难，发射镜的生产需要很高的技 术，陀螺仪的价格很高。 2. 磁镜偏频激光陀螺也是利用交变的抖动使陀 螺从锁区偏置出来。它是利用等效转动的磁 光效应进行交变偏频的，其精度比机抖陀螺 差。
• 《船用激光陀螺捷联惯导系统中激光陀螺误差 自动补偿的方法研究》 激光陀螺误差自动补偿的一般方法是采用激光陀 螺测量轴换向法。例如，测量轴相互正交的三个 激光陀螺绕测量轴XYZ中的一个轴（例如Z轴）稳 定的旋转可以减少另外2个轴（例如X轴和Y轴） 的激光陀螺的常值漂移，但并不能减少沿Z轴激 光陀螺的漂移。理论和实践表明：陀螺组件绕不 与测量轴相重合的一般轴旋转是可行的。这种方 法称为动态自动补偿。
• 零点漂移 陀螺曲线不过零点，即当输入角速率为零时， 陀螺输出却不为零。零漂主要有朗缪尔流动零漂、 磁场引起的零漂、多模耦合效应零漂、差分模推 斥零漂、非激活介质的流动和电泳引起的零漂、 锁区不稳定和顺逆不相等带来的零漂等。 • 标度因数误差 标度因数误差是指标度因数的实际值相对标 称值的变化。在同一角速度输入之下，如果标度 因数变化，将引起输出频差的变化，从而导致激 光陀螺仪的测量误差。
激光陀螺仪的误差分析与补偿 技术
源自文库自动化学院 2120121027 王宇辰
• 激光陀螺的主要误差
• 一些论文中激光陀螺的补偿方法
激光陀螺仪的工作机理与刚体转子 陀螺仪有着根本区别，因此二者的 误差源亦完全不同。激光陀螺仪不 存在与线运动及角运动有关的误差， 这是一个突出的优点。
激光陀螺的主要误差源
3.神经网络拟合方法 多项式拟合和多元逐步线性回归的补偿方法都必 须建立在某个准确的数学模型之上，但实际上， 这种准确的数学模型是很难建立的，上面所用到 的简化模型仅仅是实际问题的一个最优近似。神 经网络不依赖任何确定的数学模型，且理论上已 证明，至少含有一个S型隐层再加上一个线性输 出层的BP神经网络，能够通过自学习逐步逼近任 意有理函数，所以，建立温度零偏误差的BP神经 网络模型是进一步提高补偿精度的重要手段。
• 《激光陀螺随机漂移的数字滤波方法研究》 激光陀螺的随机漂移噪声类似于白噪声，它是影 响激光陀螺精度的重要因素，采用数字滤波的方 法可以减小随机漂移对激光陀螺精度的影响。常 见‘AR（2）模型’、‘卡尔曼滤波’、‘小波 分析’和‘小波包分析’这四种数字滤波方法， 可以利用功率谱和Allan方差的分析方法对这几种 滤波效果进行比较。结果表明，对于激光陀螺的 随机漂移的滤除，基于AR模型的卡尔曼滤波法 的效果最好，基本上消除了陀螺的随机误差，而 小波分析法和小波包分析法只能在一定程度上消 除高频段的漂移。