机械抖动偏频激光陀螺静态测角方法

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1、机械抖动偏频激光陀螺静态测角方法*收稿日期：2015-3-23作者简介：谢元平(1971-)，男，湖南新邵人，副教授，博士，E-mail:xyp99999@139.com谢元平，于旭东，魏国，龙兴武，罗晖，黄云，万志毅（国防科技大学光电科学与工程学院，湖南长沙410073）摘要：阐述了采用机械抖动偏频激光陀螺进行静态角度测量的原理，分析了测角随机误差与激光陀螺角随机游走系数、测量时间的关系，通过转台分度误差实验验证了测角随机误差公式。采用排列互比法对测角系统误差和转台分度误差进行了分离。实验与理论分析表明，静态测角方法具有良好的环境适应性和稳定性，测角随

2、机误差优于0.26²，系统误差优于1²。分析了进一步减小测角随机误差和系统误差的措施。关键词：角度测量；机械抖动偏频激光陀螺；随机误差；系统误差；排列互比法；分度误差中图分类号：TH741.2文献标志码：A　　　文章编号：StaticanglemeasurementbasedonmechanicallyditheredringlasergyroXieYuanping,YuXudong,WeiGuo,LongXingwu,LuoHui,HuangYun,WanZhiyi(CollegeofOpto-electronicScienceandEngineeri

3、ng,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract:Theprincipleofstaticanglemeasurementbasedonmechanicallyditheredringlasergyroisdescribed.Theexpressionofmeasurementrandomerrorwithgyro’sanglerandomwalkcoefficient,measurementtimeisanalyzedandverifiedbycheckingt

4、heindexingerrorsofturntable.Thesystematicerrorofstaticanglemeasurementandtheindexingerrorsofturntableareseparatedbyusingpermutationintercomparisonmethod.Testresultsandanalysisshowthatstaticanglemeasurementmethodisrobustunderpracticalenvironment,thestandarddeviationofrandomerroris

5、lessthan0.26²,andsystematicerrorislessthan1².Thekeytechniquesforfurtherimprovementinaccuracyarepresented.Keywords:anglemeasurement;mechanicallyditheredringlasergyro;randomerror;systematicerror;permutationintercomparisonmethod;indexingerror激光陀螺是基于光学Sagnac效应的高性能角速度和角度传感器，具有很高的角度测量精

6、度和分辨率，测角时允许激光陀螺偏心安装以及具有整周自校修正标度因数等优点，可用于转台、光学编码器、多面棱体等的角度测量和校正[1-13]。早期采用四频差动激光陀螺进行角度测量[1-4]，工作转台可采用低转速，但由于四频差动激光陀螺精度较低、温度特性差，目前生产和应用并不普遍。大多数激光陀螺测角研究均采用速率偏频工作方式下的二频激光陀螺进行动态测角[5-9,11-13]以减小激光陀螺固有锁区导致的标度因数非线性影响，工作转台转速一般为36~3600°/s，此种情况下，对激光陀螺、待检体之间的输出同步精度要求较高，否则同步误差会降低测角精度。二频机械抖动偏频

7、激光陀螺具有零偏稳定性好、标度因数线性度高等突出优点，但其输出中不仅包含了惯性角速度，也包含了抖动偏频信号，因此并不适合动态测角。我们对基于机械抖动偏频激光陀螺（以下简称激光陀螺）的静态测角和准动态测角方法进行了研究，本文讨论静态测角方法，该方法可用于转台、光学编码器、磁编码器等的角度测量和校正，且不需要激光陀螺与编码器等待检体同步输出，具有可对转台、编码器任意角位置进行检测、操作简单、环境适应性好等优点。1原理激光陀螺用于光学编码器、磁编码器的角度测量过程与转台分度误差测量类似，故以转台分度误差测量为例说明。如图1(a)所示,将激光陀螺安装到待检转台台

8、面上，激光陀螺敏感轴b与转台回转轴线a基本平行,夹角g小于1°。信号处理与记录装