專利名稱：光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)振動(dòng)誤差補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償方法，特別是涉及基于 Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)振動(dòng)誤差補(bǔ)償方法。
(二)
背景技術(shù)：
目前，中低精度光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室走向了實(shí)用階段， 但高精度光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)的應(yīng)用仍受束于環(huán)境條件的影響，尤其是 振動(dòng)條件。從理論上來說，與機(jī)械陀螺相比，光纖陀螺的全固態(tài)結(jié)構(gòu)、無旋轉(zhuǎn) 活動(dòng)部件的特點(diǎn)決定了它應(yīng)具有抗沖擊、抗振動(dòng)能力強(qiáng)、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。但 在實(shí)際應(yīng)用中，沖擊、振動(dòng)引起的光纖環(huán)的應(yīng)力變化、器件尾纖振動(dòng)以及結(jié)構(gòu) 的共振都將引起陀螺誤差，造成振動(dòng)狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)誤差增加，從而導(dǎo)致光纖陀 螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)精度的降低。本發(fā)明針對(duì)以干涉式光纖陀螺和石英加速度 計(jì)為慣性元件的捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)，提出有效的振動(dòng)誤差補(bǔ)償方案并建立合理 的Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補(bǔ)償模型，以期最大限度的減小環(huán)境振動(dòng)對(duì)系統(tǒng)精度造 成的影響。
目前有與光纖陀螺減振有關(guān)的研究報(bào)道，例如美國的專利公開號(hào)為 US2008/0218764 Al,名稱為"METHOD AND SYSTEMS FOR FIBER OPTIC GYROSCOPES VIBRATION ERROR SUPPRESSION"的專利申請(qǐng)文件中公開的 技術(shù)方案等。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能使光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)具有較好的抗 振性能的光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)振動(dòng)誤差補(bǔ)償方法。 本發(fā)明的目的是通過如下步驟實(shí)現(xiàn)的
(1) 光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)的慣性測量元件由干涉型光纖陀螺和石英 撓性加速度計(jì)組成；將光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)置于振動(dòng)臺(tái)上，待系統(tǒng)穩(wěn)定 工作后，采集振動(dòng)條件下光纖陀螺儀和石英撓性加速度計(jì)輸出的原始數(shù)據(jù)；
(2) 對(duì)加速度計(jì)的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分析加速度計(jì)安裝誤差對(duì)系統(tǒng)補(bǔ)償效果的影響，并對(duì)慣性元件的輸出進(jìn)行安裝誤差補(bǔ)償；
(3) 利用對(duì)安裝誤差補(bǔ)償后的加速度計(jì)輸出進(jìn)行功率譜分析，確定振動(dòng)信 號(hào)的振動(dòng)特征；
(4) 利用步驟(3)得到的振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)特征，建立Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤 差補(bǔ)償模型并對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練；利用Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補(bǔ)償模型的輸出，完成 對(duì)初始對(duì)準(zhǔn)階段光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)的振動(dòng)誤差的補(bǔ)償。
本發(fā)明還可以包括這樣一些特征
1、所述的分析加速度計(jì)安裝誤差對(duì)系統(tǒng)補(bǔ)償效果的影響，并對(duì)慣性元件的 輸出進(jìn)行安裝誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ?
對(duì)光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，得到加速度計(jì)坐標(biāo)系與載體坐標(biāo) 系間和光纖陀螺坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系間的安裝誤差角，由安裝誤差角得到加速
度計(jì)坐標(biāo)系同載體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣ct和光纖陀螺坐標(biāo)系同載體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)
換矩陣《；
加速度計(jì)坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系間的坐標(biāo)變換關(guān)系可由以下六個(gè)參數(shù)來描
其中^，和分別表示加速度計(jì) 的x軸相對(duì)于y軸和z軸的安裝誤差角，《^和《^分別表示加速度計(jì)的>> 軸相對(duì) 于x軸和z軸的安裝誤差角，0_和分別表示加速度計(jì)的z軸相對(duì)于x軸和;；
軸的安裝誤差角，并且認(rèn)為安裝誤差角均為小角度。則加速度計(jì)坐標(biāo)系同載體 坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣為
述，它們分別是^， &z， &,， 0，， ^， l
式中AC。A =
0—A,
0
一 /9e取一e.
0
，并且由對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定時(shí)得到；
將光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)置于振動(dòng)臺(tái)上，待系統(tǒng)穩(wěn)定工作后，采集振
動(dòng)條件下光纖陀螺儀和石英撓性加速度計(jì)輸出的原始數(shù)據(jù)；
利用下式將非正交坐標(biāo)系OX。、 01、 OZ。表示成正交坐標(biāo)系OJ^。4Z^的
關(guān)系式如下(考慮到《p &、 &、 ^、 &、《^均為小角度，忽略二階小量):《K。y。
;。-za
得到加速度計(jì)輸出安裝誤差補(bǔ)償后的值，完成加速度計(jì)輸出的安裝誤差補(bǔ)償; 利用下式
得到光纖陀螺輸出安裝誤差補(bǔ)償后的值，完成光纖陀螺輸出的安裝誤差補(bǔ)償；
2、 所述的對(duì)安裝誤差補(bǔ)償后的加速度計(jì)輸出進(jìn)行功率譜分析，得到振動(dòng)信 號(hào)的振動(dòng)特征的方法是
利用振動(dòng)臺(tái)，對(duì)不同的加速度幅值條件以及頻率條件下的光纖陀螺捷聯(lián)慣 性測量系統(tǒng)進(jìn)行輸出信號(hào)采集；對(duì)靜態(tài)以及安裝誤差補(bǔ)償后各種振動(dòng)情況下加 速度計(jì)的輸出信號(hào)進(jìn)行分析，振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)函數(shù)為
洲"sin(0
則振動(dòng)函數(shù)的峰值J為加速度計(jì)采樣信號(hào)的振動(dòng)幅值；
利用快速傅里葉變換，對(duì)振動(dòng)條件下敏感振動(dòng)方向的安裝誤差補(bǔ)償后的加 速度計(jì)輸出進(jìn)行功率譜分析，振動(dòng)信號(hào)少(0的自相關(guān)函數(shù)為及("，貝W(r)的傅
里葉變換為
s(/)=￡i (" r
功率諾密度函數(shù)S(/)可認(rèn)為是j;(0的平均功率相對(duì)頻率的分布函數(shù)。功率
譜密度函數(shù)S(/)的極大值所對(duì)應(yīng)的頻率為振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)頻率；
由此，得到振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)特征。
3、 所述的建立Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補(bǔ)償模型，完成對(duì)初始對(duì)準(zhǔn)階段光纖陀 螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)的振動(dòng)誤差的補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ?br> 1)建立Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補(bǔ)償模型并對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練 將各種振動(dòng)條件下的光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)與靜態(tài)條件下 的輸出作差，利用轉(zhuǎn)換矩陣《將其變換為正交坐標(biāo)系下的值，則得到振動(dòng)誤差
樣本；網(wǎng)絡(luò)的輸入層有2個(gè)神經(jīng)元分別為正交坐標(biāo)系下的振動(dòng)頻率和加速度幅值，中間層神經(jīng)元的數(shù)目為7，輸出層有1個(gè)神經(jīng)元為振動(dòng)誤差，網(wǎng)絡(luò)中間層 的傳遞函數(shù)為tansig，輸出層的傳遞函數(shù)為purelin;建立Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)振動(dòng) 誤差模型；根據(jù)振動(dòng)誤差樣本數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，取某一振動(dòng)條件下的振動(dòng) 誤差數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)的測試樣本；訓(xùn)練目標(biāo)達(dá)到后，得到訓(xùn)練好的Elman神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)振動(dòng)誤差模型。
2)對(duì)初始對(duì)準(zhǔn)階段光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)的振動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償 Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)振動(dòng)誤差模型的輸出為正交坐標(biāo)系下的振動(dòng)誤差，利用轉(zhuǎn)換
矩陣的逆(《)—'將其轉(zhuǎn)換為非正交坐標(biāo)系下的振動(dòng)誤差，將非正交坐標(biāo)系下的振
動(dòng)誤差補(bǔ)償?shù)酵勇葺敵觯?br> 編寫初始對(duì)準(zhǔn)的軟件程序，裝入系統(tǒng)的軟件之中；
方位精校準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)精度是由陀螺漂移^、 ^決定，而且主要是由&所決定的。 對(duì)于捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)，&、 ^則為x及z軸等效陀螺漂移，因?yàn)楸敬握駝?dòng)采樣
過程中，系統(tǒng)靜止且近似水平、方位指北，認(rèn)為^即為X軸陀螺漂移；
在此條件下，將Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)振動(dòng)誤差模型補(bǔ)償后的光纖陀螺和加速度 計(jì)的輸出輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)完成初始對(duì)準(zhǔn)。
至此，初始對(duì)準(zhǔn)補(bǔ)償完成，可以進(jìn)入導(dǎo)航狀態(tài)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于(1)由于在對(duì)加速度計(jì)的輸出數(shù)據(jù)進(jìn) 行處理時(shí)，對(duì)加速度計(jì)安裝誤差對(duì)系統(tǒng)補(bǔ)償效果的影響進(jìn)行分析并對(duì)慣性元件 的輸出進(jìn)行安裝誤差補(bǔ)償，使本發(fā)明運(yùn)用Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補(bǔ)償模型對(duì)光纖 陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)的振動(dòng)誤差進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ǜ泳_；(2) Elman 網(wǎng)絡(luò)的輸出不僅和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的輸入有關(guān)，也和網(wǎng)絡(luò)以前的輸出、輸入有關(guān)。Elman 網(wǎng)絡(luò)通過存儲(chǔ)內(nèi)部狀態(tài)使其具備映射動(dòng)態(tài)特征的性能，從而使系統(tǒng)具有適應(yīng)時(shí) 變特性的能力。因此，適合在振動(dòng)這種復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)境中進(jìn)行振動(dòng)誤差預(yù)測。 可以使光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)能夠承受惡劣的振動(dòng)環(huán)境并保持較好的精度。

圖1為光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為光纖陀螺、2為 加速度計(jì)；
圖2為光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)振動(dòng)誤差補(bǔ)償原理框圖； 圖3為加速度計(jì)安裝誤差角示意圖；圖4為慣性元件的正交坐標(biāo)系與非正交坐標(biāo)系坐標(biāo)轉(zhuǎn)換框圖5a為10Hz0.5g振動(dòng)條件下加速度計(jì)Z軸振動(dòng)幅值；
圖5b為10Hz0.5g振動(dòng)條件下加速度計(jì)Z軸功率譜密度圖6a為10Hzlg振動(dòng)條件下加速度計(jì)Z軸振動(dòng)幅值；
圖6b為10Hzlg振動(dòng)條件下加速度計(jì)Z軸功率譜密度圖7a為靜態(tài)條件下加速度計(jì)Z軸幅值；
圖7b為靜態(tài)條件下加速度計(jì)Z軸功率譜密度圖8為Elman網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)果圖9a為10Hz0.5g振動(dòng)條件下振動(dòng)誤差補(bǔ)償前后初始對(duì)準(zhǔn)效果； 圖9b為10Hz0.5g振動(dòng)條件下振動(dòng)誤差補(bǔ)償前后初始對(duì)準(zhǔn)效果； 圖10的表1為陀螺X軸振動(dòng)誤差樣本； 圖11的表2為陀螺x軸誤差真值及預(yù)測誤差對(duì)照。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述
本發(fā)明是基于Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償 方法，是采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法進(jìn)行的振動(dòng)補(bǔ)償方式，經(jīng)過該方式獲得的慣性 元件振動(dòng)誤差補(bǔ)償輸出是為光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)提供必要參 數(shù)。
本發(fā)明所述的光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。 如圖2所示，為光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)振動(dòng)誤差補(bǔ)償原理框圖。對(duì)于 光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)，進(jìn)行振動(dòng)實(shí)驗(yàn)采集光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)慣 性測量元件加速度計(jì)和光纖陀螺的輸出數(shù)據(jù)；將安裝誤差補(bǔ)償?shù)酵勇菁凹铀俣?計(jì)的輸出；對(duì)安裝誤差補(bǔ)償后的加速度計(jì)輸出作功率譜分析，得到振動(dòng)信號(hào)的 振動(dòng)特征；運(yùn)用Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法對(duì)光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)的振動(dòng)誤 差輸出進(jìn)行非線性補(bǔ)償；將補(bǔ)償后的慣性元件輸出用于初始對(duì)準(zhǔn)。
(1) 光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)的慣性測量元件由干涉型光纖陀螺和石英 撓性加速度計(jì)組成；將光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)置于振動(dòng)臺(tái)上，待系統(tǒng)穩(wěn)定 工作后，采集振動(dòng)條件下光纖陀螺儀和石英撓性加速度計(jì)輸出的原始數(shù)據(jù)；
(2) 對(duì)加速度計(jì)的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分析加速度計(jì)安裝誤差對(duì)系統(tǒng)補(bǔ)償 效果的影響，并對(duì)慣性元件的輸出進(jìn)行安裝誤差補(bǔ)償；對(duì)光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，得到加速度計(jì)坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系間和光纖陀螺坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系間的安裝誤差角，由安裝誤差角得到加速度計(jì)坐標(biāo)系同載體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣C:和光纖陀螺坐標(biāo)系同載體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)
換矩陣《；
由圖3可知，加速度計(jì)坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系間的坐標(biāo)變換關(guān)系可由以下六個(gè)參數(shù)來描述，它們分別是、，^，^，^，&，^。其中^和^分別表
示加速度計(jì)的X軸相對(duì)于少軸和z軸的安裝誤差角，0，和《f分別表示加速度
計(jì)的J軸相對(duì)于X軸和z軸的安裝誤差角，和《^分別表示加速度計(jì)的z軸相
對(duì)于x軸和y軸的安裝誤差角，并且認(rèn)為安裝誤差角均為小角度。則加速度計(jì)
坐標(biāo)系同載體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣為
式中<formula>formula see original document page 11</formula>
，并且由對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定時(shí)得到；
將光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)置于振動(dòng)臺(tái)上，待系統(tǒng)穩(wěn)定工作后，采集振
動(dòng)條件下光纖陀螺儀和石英撓性加速度計(jì)輸出的原始數(shù)據(jù)；
利用下式將非正交坐標(biāo)系OX。、 OF。、 OZ。表示成正交坐標(biāo)系(9義6。F&Z&的
關(guān)系式如下(考慮到^^、《z、 A,、 &z、《,、《,均為小角度，忽略二階小量)<formula>formula see original document page 11</formula>
得到加速度計(jì)輸出安裝誤差補(bǔ)償后的值，完成加速度計(jì)輸出的安裝誤差補(bǔ)償;利用下式<formula>formula see original document page 11</formula>得到光纖陀螺輸出安裝誤差補(bǔ)償后的值，完成光纖陀螺輸出的安裝誤差補(bǔ)償；由于在慣性元件安裝時(shí)總是存在著一定的安裝誤差，由慣性測量元件的主軸構(gòu)成的坐標(biāo)系是一個(gè)非正交坐標(biāo)系，與艦船的三個(gè)坐標(biāo)軸不是完全重合的。因此，在進(jìn)行以下各步驟時(shí)應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，慣性元件的正交坐標(biāo)系與非正交坐標(biāo)系坐標(biāo)轉(zhuǎn)換框圖如圖4所示。
(3) 利用對(duì)安裝誤差補(bǔ)償后的加速度計(jì)輸出進(jìn)行功率譜分析，確定振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)特征；
本發(fā)明以艦船振動(dòng)環(huán)境為研究對(duì)象，由于該環(huán)境振動(dòng)頻帶窄、振動(dòng)條件相對(duì)穩(wěn)定，因此可視為平穩(wěn)信號(hào)作快速傅里葉分析，進(jìn)行振動(dòng)特征提取。利用振動(dòng)臺(tái)，對(duì)不同的加速度幅值條件以及頻率條件下的光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)進(jìn)行輸出信號(hào)采集；對(duì)靜態(tài)以及安裝誤差補(bǔ)償后各種振動(dòng)情況下加速度計(jì)的輸出信號(hào)進(jìn)行分析，振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)函數(shù)為
^sin(Y)
則振動(dòng)函數(shù)的峰值^4為加速度計(jì)采樣信號(hào)的振動(dòng)幅值；
利用快速傅里葉變換，對(duì)振動(dòng)條件下敏感振動(dòng)方向的安裝誤差補(bǔ)償后的加
速度計(jì)輸出進(jìn)行功率譜分析，振動(dòng)信號(hào);K0的自相關(guān)函數(shù)為及O)，貝!J/ 0:)的傅
里葉變換為
功率譜密度函數(shù)s(/)可認(rèn)為是:KG的平均功率相對(duì)頻率的分布函數(shù)。功率譜密度函數(shù)s(/)的極大值所對(duì)應(yīng)的頻率為振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)頻率；由此，得到振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)特征。
以振動(dòng)臺(tái)提供(10Hz， 0.5g)和(10Hz， lg)振動(dòng)條件為例，其Z軸加速度計(jì)Az經(jīng)安裝誤差補(bǔ)償后，敏感的振動(dòng)幅度與功率譜密度圖分別如圖5a、圖5b、圖6a、圖6b所示，靜態(tài)時(shí)幅度與功率譜密度圖分別如圖7a、圖7b所示。
(4) 利用步驟(3)得到的振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)特征，建立Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補(bǔ)償模型并對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練；利用Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補(bǔ)償模型的輸出，完成對(duì)初始對(duì)準(zhǔn)階段光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)的振動(dòng)誤差的補(bǔ)償。
1)建立Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補(bǔ)償模型并對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練將各種振動(dòng)條件下的光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)與靜態(tài)條件下
的輸出作差，利用轉(zhuǎn)換矩陣C^將其變換為正交坐標(biāo)系下的值，則得到振動(dòng)誤差樣本如表1所示；網(wǎng)絡(luò)的輸入層有2個(gè)神經(jīng)元分別為正交坐標(biāo)系下的振動(dòng)頻率和加速度幅值，中間層神經(jīng)元的數(shù)目為7，輸出層有1個(gè)神經(jīng)元為振動(dòng)誤差，網(wǎng)絡(luò)中間層的傳遞函數(shù)為tansig，輸出層的傳遞函數(shù)為purelin;建立Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)振動(dòng)誤差模型；根據(jù)振動(dòng)誤差樣本數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，其中振動(dòng)條件為(10Hz， 0.5g)和(10Hz， lg)時(shí)的振動(dòng)誤差數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)的測試樣本；經(jīng)過120
次訓(xùn)練后，網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練誤差為6xl0"左右。訓(xùn)練結(jié)果如圖8所示，訓(xùn)練誤差小，
可以接受。訓(xùn)練目標(biāo)達(dá)到后，得到訓(xùn)練好的Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)振動(dòng)誤差模型。
2)對(duì)初始對(duì)準(zhǔn)階段光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)的振動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償輸入測試樣本得到預(yù)測的振動(dòng)誤差，Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)振動(dòng)誤差模型的輸出為
正交坐標(biāo)系下的振動(dòng)誤差，利用轉(zhuǎn)換矩陣的逆(c:)—1將其轉(zhuǎn)換為非正交坐標(biāo)系下
的振動(dòng)誤差，陀螺X軸的真實(shí)補(bǔ)償誤差和預(yù)測誤差如表2所示，將非正交坐標(biāo)系下的振動(dòng)誤差補(bǔ)償?shù)酵勇葺敵觯?br> 編寫初始對(duì)準(zhǔn)的軟件程序，裝入系統(tǒng)的軟件之中；
方位精校準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)精度是由陀螺漂移^、 ^決定，而且主要是由&所決定的。對(duì)于捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)，&、 ^則為x及z軸等效陀螺漂移，因?yàn)楸敬握駝?dòng)采樣
過程中，系統(tǒng)靜止且近似水平、方位指北，認(rèn)為&即為X軸陀螺漂移；
在此條件下，利用表2中的預(yù)測誤差將Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)振動(dòng)誤差模型補(bǔ)償后的光纖陀螺和加速度計(jì)的輸出輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)完成初始對(duì)準(zhǔn)。
以(馳,0.5g)、 (10Hz， lg)振動(dòng)條件為例，利用陀螺振動(dòng)誤差補(bǔ)償結(jié)果，進(jìn)行初始對(duì)準(zhǔn)，并比較補(bǔ)償前后初始對(duì)準(zhǔn)效果，如圖9a、 9b所示，補(bǔ)償后初始對(duì)準(zhǔn)精度有了較大幅度提高，滿足了艦船使用需要。
至此，初始對(duì)準(zhǔn)補(bǔ)償完成，可以進(jìn)入導(dǎo)航狀態(tài)。
權(quán)利要求
1、一種光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)振動(dòng)誤差補(bǔ)償方法，其特征在于包括以下步驟(1)光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)的慣性測量元件由干涉型光纖陀螺和石英撓性加速度計(jì)組成；采集振動(dòng)條件下光纖陀螺儀和石英撓性加速度計(jì)輸出的原始數(shù)據(jù)；(2)對(duì)加速度計(jì)的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分析加速度計(jì)安裝誤差對(duì)系統(tǒng)補(bǔ)償效果的影響，并對(duì)慣性元件的輸出進(jìn)行安裝誤差補(bǔ)償；(3)利用對(duì)安裝誤差補(bǔ)償后的加速度計(jì)輸出進(jìn)行功率譜分析，確定振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)特征；(4)利用步驟(3)得到的振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)特征，建立Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補(bǔ)償模型并對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練；利用Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補(bǔ)償模型的輸出，完成對(duì)初始對(duì)準(zhǔn)階段光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)的振動(dòng)誤差的補(bǔ)償。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)振動(dòng)誤差補(bǔ)償方法， 其特征是所述的分析加速度計(jì)安裝誤差對(duì)系統(tǒng)補(bǔ)償效果的影響，并對(duì)慣性元件的輸出進(jìn)行安裝誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ菍?duì)光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，得到加速度計(jì)坐標(biāo)系與載體坐標(biāo) 系間和光纖陀螺坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系間的安裝誤差角，由安裝誤差角得到加速度計(jì)坐標(biāo)系同載體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣《和光纖陀螺坐標(biāo)系同載體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣《；將光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)置于振動(dòng)臺(tái)上，待系統(tǒng)穩(wěn)定工作后，采集振 動(dòng)條件下光纖陀螺儀和石英撓性加速度計(jì)輸出的原始數(shù)據(jù)； 利用下式<formula>formula see original document page 2</formula>得到加速度計(jì)輸出安裝誤差補(bǔ)償后的值，完成加速度計(jì)輸出的安裝誤差補(bǔ)償;利用下式<formula>formula see original document page 3</formula>得到光纖陀螺輸出安裝誤差補(bǔ)償后的值，完成光纖陀螺輸出的安裝誤差補(bǔ)償；
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)振動(dòng)誤差補(bǔ)償方 法，其特征是所述的對(duì)安裝誤差補(bǔ)償后的加速度計(jì)輸出進(jìn)行功率譜分析，得到振動(dòng)信號(hào) 的振動(dòng)特征的方法是對(duì)不同的加速度幅值條件以及頻率條件下的光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)進(jìn) 行輸出信號(hào)采集；對(duì)靜態(tài)以及安裝誤差補(bǔ)償后各種振動(dòng)情況下加速度計(jì)的輸出 信號(hào)進(jìn)行分析，振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)函數(shù)為則振動(dòng)函數(shù)的峰值J為加速度計(jì)采樣信號(hào)的振動(dòng)幅值；利用快速傅里葉變換，對(duì)振動(dòng)條件下敏感振動(dòng)方向的安裝誤差補(bǔ)償后的加速度計(jì)輸出進(jìn)行功率譜分析，振動(dòng)信號(hào):KO的自相關(guān)函數(shù)為及(r)，則/ (r)的傅 里葉變換為功率譜密度函數(shù)s(/)可認(rèn)為是;KG的平均功率相對(duì)頻率的分布函數(shù)，功率譜密度函數(shù)s(/)的極大值所對(duì)應(yīng)的頻率為振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)頻率；由此，得到振 動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)特征。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)振動(dòng)誤差補(bǔ)償方法，其特征是所述的建立Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補(bǔ)償模型，完成對(duì)初始對(duì)準(zhǔn)階段光纖陀螺 捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)的振動(dòng)誤差的補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ?)建立Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補(bǔ)償模型并對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練將各種振動(dòng)條件下的光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)與靜態(tài)條件下 的輸出作差，利用轉(zhuǎn)換矩陣C^將其變換為正交坐標(biāo)系下的值，得到振動(dòng)誤差樣本；網(wǎng)絡(luò)的輸入層有2個(gè)神經(jīng)元分別為正交坐標(biāo)系下的振動(dòng)頻率和加速度幅值，中間層神經(jīng)元的數(shù)目為7，輸出層有1個(gè)神經(jīng)元為振動(dòng)誤差，網(wǎng)絡(luò)中間層的傳 遞函數(shù)為tansig，輸出層的傳遞函數(shù)為purelin;建立Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)振動(dòng)誤差 模型；根據(jù)振動(dòng)誤差樣本數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，取某一振動(dòng)條件下的振動(dòng)誤差 數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)的測試樣本；訓(xùn)練目標(biāo)達(dá)到后，得到訓(xùn)練好的Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)振 動(dòng)誤差模型；2)對(duì)初始對(duì)準(zhǔn)階段光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)的振動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償 利用轉(zhuǎn)換矩陣的逆(《)—'將Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)振動(dòng)誤差模型的輸出轉(zhuǎn)換為非正交坐標(biāo)系下的振動(dòng)誤差，將非正交坐標(biāo)系下的振動(dòng)誤差補(bǔ)償?shù)酵勇葺敵觯粚⒊跏紝?duì)準(zhǔn)的軟件程序裝入系統(tǒng)的軟件之中；將Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)振動(dòng)誤差模型補(bǔ)償后的光纖陀螺和加速度計(jì)的輸出輸入 計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)完成初始對(duì)準(zhǔn)；初始對(duì)準(zhǔn)補(bǔ)償完成，進(jìn)入導(dǎo)航狀態(tài)。
5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)振動(dòng)誤差補(bǔ)償方法，其特征是所述的建立Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補(bǔ)償模型，完成對(duì)初始對(duì)準(zhǔn)階段光纖陀螺 捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)的振動(dòng)誤差的補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ?1) 建立Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補(bǔ)償模型并對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練 將各種振動(dòng)條件下的光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)與靜態(tài)條件下的輸出作差，利用轉(zhuǎn)換矩陣C:將其變換為正交坐標(biāo)系下的值，得到振動(dòng)誤差樣本；網(wǎng)絡(luò)的輸入層有2個(gè)神經(jīng)元分別為正交坐標(biāo)系下的振動(dòng)頻率和加速度幅值， 中間層神經(jīng)元的數(shù)目為7，輸出層有1個(gè)神經(jīng)元為振動(dòng)誤差，網(wǎng)絡(luò)中間層的傳 遞函數(shù)為tansig，輸出層的傳遞函數(shù)為purdin;建立Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)振動(dòng)誤差 模型；根據(jù)振動(dòng)誤差樣本數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，取某一振動(dòng)條件下的振動(dòng)誤差 數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)的測試樣本；訓(xùn)練目標(biāo)達(dá)到后，得到訓(xùn)練好的Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)振 動(dòng)誤差模型；2) 對(duì)初始對(duì)準(zhǔn)階段光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)的振動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償 利用轉(zhuǎn)換矩陣的逆(《)—'將Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)振動(dòng)誤差模型的輸出轉(zhuǎn)換為非正交坐標(biāo)系下的振動(dòng)誤差，將非正交坐標(biāo)系下的振動(dòng)誤差補(bǔ)償?shù)酵勇葺敵觯粚⒊跏紝?duì)準(zhǔn)的軟件程序裝入系統(tǒng)的軟件之中；將Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)振動(dòng)誤差模型補(bǔ)償后的光纖陀螺和加速度計(jì)的輸出輸入 計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)完成初始對(duì)準(zhǔn)；初始對(duì)準(zhǔn)補(bǔ)償完成，進(jìn)入導(dǎo)航狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)振動(dòng)誤差補(bǔ)償方法。對(duì)于光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)，進(jìn)行振動(dòng)實(shí)驗(yàn)采集光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)慣性測量元件加速度計(jì)和光纖陀螺的輸出數(shù)據(jù)；考慮光纖陀螺以及及速度計(jì)的安裝誤差，將安裝誤差補(bǔ)償?shù)酵勇菁凹铀俣扔?jì)的輸出；對(duì)安裝誤差補(bǔ)償后的加速度計(jì)輸出作功率譜分析，得到振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)特征；運(yùn)用Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法對(duì)光纖陀螺捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)的振動(dòng)誤差輸出進(jìn)行非線性補(bǔ)償。本發(fā)明對(duì)于存在環(huán)境振動(dòng)情況，通過運(yùn)用合理的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)振動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，能夠有效的減少環(huán)境振動(dòng)對(duì)系統(tǒng)精度造成的影響并保持較好的精度。
文檔編號(hào)G06N3/02GK101566483SQ20091007208
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者磊 吳, 周廣濤, 奔粵陽, 楓 孫, 孫巧英, 博 徐, 李緒友, 程建華, 偉 高, 高洪濤 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)