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一种准确测量激光陀螺零偏 磁场灵敏度的方法

阅读：660发布：2023-12-20

专利汇可以提供一种准确测量激光陀螺零偏磁场灵敏度的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种准确测量激光陀螺零偏磁场灵敏度的方法，属于惯性领域，其技术方案要点是，将安装在激光陀螺测试基座上的激光陀螺放在三维亥姆霍兹线圈中，在激光陀螺进行工作状态后，调节亥姆霍兹线圈驱动电源，使其在三维亥姆霍兹线圈的X方向产生频率为f、幅度为M的正弦调制磁场，利用激光陀螺信号采集装置对待测激光陀螺的输出信号进行采集和记录，得到的N个采样数据x[n](n＝0,1,…,N-1进行离散傅里叶变换，对计算得到的N个离散傅里叶变换数据X[k](k＝0,1,…,N-1)绘制二维曲线图，在绘制的二维曲线图中，找出横坐标等于正弦调制磁场频率f处附近的峰值曲线对应的峰值纵坐标数值y。避免了激光陀螺输出信号中的随机误差和缓慢漂移对测量结果的影响。，下面是一种准确测量激光陀螺零偏磁场灵敏度的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种准确测量激光陀螺零偏磁场灵敏度的方法，其特征在于包括其如下步骤：
S1、将安装在激光陀螺测试基座上的激光陀螺放在三维亥姆霍兹线圈中，使得激光陀螺位于三维亥姆霍兹线圈的中心位置，并调整角度和方位使得激光陀螺的敏感轴IA及另外两个轴NA和LA分别与三维亥姆霍兹线圈的三组线圈的法向平行；
S2、使用激光陀螺配套电缆连接激光陀螺信号采集装置和激光陀螺，使用三维亥姆霍兹线圈配套电缆连接亥姆霍兹线圈驱动电源和三维亥姆霍兹线圈；
S3、在激光陀螺进行工作状态后，调节亥姆霍兹线圈驱动电源，使其在三维亥姆霍兹线圈的X方向产生频率为f、幅度为M的正弦调制磁场；
S4、利用激光陀螺信号采集装置对待测激光陀螺的输出信号进行采集和记录，其中，输出信号单位变换为°/h；采样时间间隔为τ0，采样点数为N，总采样时间T＝N×τ0；
S5、对步骤4得到的N个采样数据x[n](n＝0,1,…,N-1)进行离散傅里叶变换：
S6、对步骤5计算得到的N个离散傅里叶变换数据X[k](k＝0,1,…,N-1)绘制二维曲线图，二维曲线图的横坐标数据计算公式为x＝k/T，单位为Hz；二维曲线图纵坐标数据计算公式为y＝2abs(X[k])/N，单位为°/h；
S7、在步骤6绘制的二维曲线图中，找出横坐标等于正弦调制磁场频率f处附近的峰值曲线对应的峰值纵坐标数值y，根据y的值，计算所测量的激光陀螺的IA方向磁敏感性数值为y/M，单位为°/h/mT；
S8、调整三维亥姆霍兹线圈驱动电源，使三维亥姆霍兹线圈分别在Y方向和Z方向产生频率为f、幅度为M的正弦调制磁场，重复步骤3～步骤7，分别得到所测量的激光陀螺的NA方向和LA方向的磁敏感性数值；
S9、关闭三维亥姆霍兹线圈和激光陀螺，结束测试。
2.根据权利要求1所述的一种准确测量激光陀螺零偏磁场灵敏度的方法，其特征在于：
其中，对待测的激光陀螺进行通电预热，直至激光陀螺进入稳定工作状态。
3.根据权利要求1所述的一种准确测量激光陀螺零偏磁场灵敏度的方法，其特征在于：
所述三维亥姆霍兹线圈在亥姆霍兹线圈驱动电源的驱动下，可在三个互相垂直的方向产生所需要的磁场。
4.根据权利要求1所述的一种准确测量激光陀螺零偏磁场灵敏度的方法，其特征在于：
所述激光陀螺测试工装为无磁材料加工而成，用于将待测的激光陀螺固定于三维亥姆霍兹线圈的中心。
5.根据权利要求1所述的一种准确测量激光陀螺零偏磁场灵敏度的方法，其特征在于：
S3中描述的频率f范围为0.2Hz～0.05Hz，幅度M范围为0.1mT～2.0mT。
6.根据权利要求1所述的一种准确测量激光陀螺零偏磁场灵敏度的方法，其特征在于：
S4中描述的总采样时间满足T≥10/f。
7.根据权利要求1所述的一种准确测量激光陀螺零偏磁场灵敏度的方法，其特征在于：
在S5的描述中，可采用Matlab或其它数学工具库里提供的符合离散傅里叶变换公式的快速傅里叶变换(FFT)算法以提高计算效率。

说明书全文

一种准确测量激光陀螺零偏磁场灵敏度的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及惯性技术领域，具体而言，涉及一种准确测量激光陀螺零偏磁场灵敏度的方法。

背景技术

[0002] 激光陀螺的零偏稳定性是评价激光陀螺性能的主要指标，同时也是影响应用激光陀螺的惯性导航系统、定位定向系统和其它应用系统性能的关键因素。其中，环境磁场对激光陀螺零偏的影响较为突出。磁场引起的零偏是一种由光学加工、装配调试及激光控制等因素而导致的激光陀螺综合性误差。激光陀螺零偏磁场灵敏度是衡量激光陀螺性能的重要技术指标之一，准确测量激光陀螺零偏磁场灵敏度对于评价激光陀螺性能十分重要。

[0003] 中华人民共和国国家军用标准《GJB2427—95，激光陀螺仪测试方法》提供了一种简易的激光陀螺零偏磁场灵敏度的测试方法。该测试方法利用施加磁场与不施加磁场时激光陀螺输出信号的差值来计算激光陀螺零偏磁场灵敏度。但是该测试方法没有考虑激光陀螺输出信号中包含的随机误差和缓慢漂移。对于典型的激光陀螺，随机误差和缓慢漂移的数值相比于零偏磁场灵敏度而言，其数值大小不可忽视，影响了零偏磁场灵敏度的测量精度。

[0004] 为此，提出一种准确测量激光陀螺零偏磁场灵敏度的方法。

发明内容

[0005] 本发明的主要目的在于提供一种准确测量激光陀螺零偏磁场灵敏度的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0006] 为了实现上述目的，本发明提供了一种准确测量激光陀螺零偏磁场灵敏度的方法，包括其如下步骤：S1、将安装在激光陀螺测试基座上的激光陀螺放在三维亥姆霍兹线圈中，使得激光陀螺位于三维亥姆霍兹线圈的中心位置，并调整角度和方位使得激光陀螺的敏感轴IA 及另外两个轴NA和LA分别与三维亥姆霍兹线圈的三组线圈的法向平行；

[0007] S2、使用激光陀螺配套电缆连接激光陀螺信号采集装置和激光陀螺，使用三维亥姆霍兹线圈配套电缆连接亥姆霍兹线圈驱动电源和三维亥姆霍兹线圈；

[0008] S3、在激光陀螺进行工作状态后，调节亥姆霍兹线圈驱动电源，使其在三维亥姆霍兹线圈的X方向产生频率为f、幅度为M的正弦调制磁场；

[0009] S4、利用激光陀螺信号采集装置对待测激光陀螺的输出信号进行采集和记录，其中，输出信号单位变换为°/h；采样时间间隔为τ0，采样点数为N，总采样时间T＝N×τ0；

[0010] S5、对步骤4得到的N个采样数据x[n](n＝0,1,…,N-1)进行离散傅里叶变换：

[0011]

[0012] S6、对步骤5计算得到的N个离散傅里叶变换数据X[k](k＝ 0,1,…,N-1)绘制二维曲线图，二维曲线图的横坐标数据计算公式为x＝k/T，单位为Hz；二维曲线图纵坐标数据计算公式为y＝ 2 abs(X[k])/N，单位为°/h；

[0013] S7、在步骤6绘制的二维曲线图中，找出横坐标等于正弦调制磁场频率f处附近的峰值曲线对应的峰值纵坐标数值y，根据y的值，计算所测量的激光陀螺的IA方向磁敏感性数值为y/M，单位为°/h/mT；

[0014] S8、调整三维亥姆霍兹线圈驱动电源，使三维亥姆霍兹线圈分别在Y方向和Z方向产生频率为f、幅度为M的正弦调制磁场，重复步骤3～步骤7，分别得到所测量的激光陀螺的NA方向和LA方向的磁敏感性数值；

[0015] S9、关闭三维亥姆霍兹线圈和激光陀螺，结束测试。

[0016] 进一步地，其中，对待测的激光陀螺进行通电预热，直至激光陀螺进入稳定工作状态。

[0017] 进一步地，所述三维亥姆霍兹线圈在亥姆霍兹线圈驱动电源的驱动下，可在三个互相垂直的方向产生所需要的磁场。

[0018] 进一步地，所述激光陀螺测试工装为无磁材料加工而成，用于将待测的激光陀螺固定于三维亥姆霍兹线圈的中心。

[0019] 进一步地，S3中描述的频率f范围为0.2Hz～0.05Hz，幅度M范围为 0.1mT～2.0mT。

[0020] 进一步地，S4中描述的总采样时间满足T≥10/f。

[0021] 进一步地，在S5的描述中，可采用Matlab或其它数学工具库里提供的符合离散傅里叶变换公式的快速傅里叶变换(FFT)算法以提高计算效率。

[0022] 应用本发明的技术方案，有益效果是：该种准确测量激光陀螺零偏磁场灵敏度的方法，通过引入以低频调制的外部磁场，对激光陀螺的输出信号产生激励，然后利用数字信号处理技术，从激光陀螺的输出信号中提取磁场引起的激光陀螺零偏，避免了激光陀螺输出信号中的随机误差和缓慢漂移对测量结果的影响，从而达到提高激光陀螺零偏磁场灵敏度的测量精度的目的。附图说明

[0023] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0024] 图1示出了本发明的整体结构图。

[0025] 其中，上述附图包括以下附图标记：

[0026] 1、三维亥姆霍兹线圈；2、亥姆霍兹线圈驱动电源；3、激光陀螺测试基座；4、激光陀螺信号采集装置；5、激光陀螺。

具体实施方式

[0027] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0028] 如图1所示，本发明提供了一种准确测量激光陀螺零偏磁场灵敏度的方法，包括其如下步骤：

[0029] S1、将安装在激光陀螺测试基座3上的激光陀螺5放在三维亥姆霍兹线圈1中，使得激光陀螺5位于三维亥姆霍兹线圈1的中心位置，并调整角度和方位使得激光陀螺5的敏感轴IA及另外两个轴NA和LA分别与三维亥姆霍兹线圈1的三组线圈的法向平行；

[0030] S2、使用激光陀螺配套电缆连接激光陀螺信号采集装置4和激光陀螺5，使用三维亥姆霍兹线圈配套电缆连接亥姆霍兹线圈驱动电源2 和三维亥姆霍兹线圈1；

[0031] S3、在激光陀螺5进行工作状态后，调节亥姆霍兹线圈驱动电源2，使其在三维亥姆霍兹线圈1的X方向产生频率为f、幅度为M的正弦调制磁场；

[0032] S4、利用激光陀螺信号采集装置4对待测激光陀螺5的输出信号进行采集和记录，其中，输出信号单位变换为°/h；采样时间间隔为τ0，采样点数为N，总采样时间T＝N×τ0；

[0033] S5、对步骤4得到的N个采样数据x[n](n＝0,1,…,N-1)进行离散傅里叶变换：

[0034]

[0035] S6、对步骤5计算得到的N个离散傅里叶变换数据X[k](k＝ 0,1,…,N-1绘制二维曲线图，二维曲线图的横坐标数据计算公式为 x＝k/T，单位为Hz；二维曲线图纵坐标数据计算公式为y＝ 2 abs(X[k])/N其中abs表示求复数的幅度，单位为°/h；

[0036] S7、在步骤6绘制的二维曲线图中，找出横坐标等于正弦调制磁场频率f即x＝f处附近的峰值曲线对应的峰值纵坐标数值y，根据y的值，计算所测量的激光陀螺5的IA方向磁敏感性数值为y/M，单位为°/h/mT；

[0037] S8、调整三维亥姆霍兹线圈驱动电源2，使三维亥姆霍兹线圈1 分别在Y方向和Z方向产生频率为f、幅度为M的正弦调制磁场，重复步骤3～步骤7，分别得到所测量的激光陀螺5的NA方向和LA方向的磁敏感性数值。

[0038] S9、关闭三维亥姆霍兹线圈1和激光陀螺5，结束测试。

[0039] 本发明中，激光陀螺5的IA、NA和LA的定义依据文献中华人民共和国国家军用标准《GJB2427—95，激光陀螺仪测试方法》，与之对应的三维亥姆霍兹线圈1的三组线圈的法向分别记为X方向、Y方向和Z方向。

[0040] 应用本实施例的技术方案，通过三维亥姆霍兹线圈1在亥姆霍兹线圈驱动电源2的驱动下，可在三个互相垂直的方向产生所需要的磁场，对激光陀螺5的输出信号产生激励，激光陀螺信号采集装置4通过配套电缆与待测量的激光陀螺(5)相连接，采集并记录激光陀螺5输出的数字信号，基于现有技术中的数字信号处理技术，从激光陀螺5的输出信号中提取磁场引起的激光陀螺零偏，避免了激光陀螺5输出信号中的随机误差和缓慢漂移对测量结果的影响，从而达到提高激光陀螺零偏磁场灵敏度的测量精度的目的。

[0041] 具体地，S3中描述的频率f范围为0.2Hz～0.05Hz，幅度M范围为 0.1mT～2.0mT。

[0042] S4中描述的总采样时间满足T≥10/f，使得能够在特定的频率下，增加采样点数或增加采样时间间隔，从而使得采样信号具有代表性，从而增加了测量结果的可靠性。

[0043] 在S5的描述中，可采用Matlab或其它数学工具库里提供的符合离散傅里叶变换公式的快速傅里叶变换(FFT)算法以提高计算效率。

[0044] 其中，对待测的激光陀螺5进行通电预热，直至激光陀螺5进入稳定工作状态，能够避免由于激光陀螺5工作不稳定，造成激光陀螺零偏磁场灵敏度测量的准确度低的问题。

[0045] 激光陀螺测试工装3为无磁材料加工而成，用于将待测的激光陀螺5固定于三维亥姆霍兹线圈1的中心，激光陀螺测试工装3采用无磁材料进行加工，能够避免外部磁场对三维亥姆霍兹线圈1产生的磁场造成干扰，从而有效地提高了测量精度。

[0046] 从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

[0047] 1、本发明所采用的激励磁场为三维亥姆霍兹线圈在三个方向上分别产生的正弦调制磁场，可以有效地避免三维亥姆霍兹线圈驱动电源产生的直流电流缓慢变化引起磁场不稳定导致的误差；

[0048] 2、本发明所采用的正弦调制激励磁场所激励的激光陀螺输出信号为正弦调制信号，可以有效地避免激光陀螺输出信号中包含的随机误差和缓慢漂移引起的激励输出信号测量不准确问题，提高了激光陀螺磁场敏感性的测量准确度；

[0049] 3、本发明对所测量的激光陀螺输出数据进行离散傅里叶变换，将所得到的变换数据绘制二维曲线图，能够直观、准确地得到激励信号和激励输出信号之间的对应关系，提高了激光陀螺磁场敏感性的测量准确度。

[0050] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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