第 35 卷 第 4 期
2015 年 4 月
Vol. 35, No. 4
April, 2015
光 学 学 报
ACTA OPTICA SINICA
0406003-
基于动态 Allan 方差的光纤陀螺随机误差分析及
算法改进
张 谦 王 玮 王 蕾 高鹏宇
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
摘要 为了全面了解光纤陀螺(FOG)各项随机误差随时间的变化特性,利用动态 Allan 方差(DAVAR)方法对光纤陀
螺输出信号进行了分析研究。结果表明,与经典 Allan 方差对光纤陀螺随机误差的分析相比较,DAVAR 不仅能准确
地评估光纤陀螺各项误差,而且能够直观地反映光纤陀螺各项误差随时间变化的稳定性;由于 DAVAR 需要估计出
陀螺信号各个时间点的 Allan 方差,因此其具有随着分析数据量增大、运算耗时急剧增加的缺点。为此提出了一种
基于选择相关时间序列 t 的改进型快速 DAVAR 的计算方法。实验证明,在不影响 DAVAR 运算结果的前提下,改进
型快速 DAVAR 算法在大数据量分析时有效提高了运算效率。
关键词 光纤光学;光纤陀螺;动态 Allan 方差;快速动态 Allan 方差;随机误差
中图分类号 V241.5 文献标识码 A
doi: 10.3788/AOS201535.0406003
Research on Random Errors of Fiber Optic Gyro Based on Dynamic
Allan Variance and Algorithm Improvement
Zhang Qian Wang Wei Wang Lei Gao Pengyu
School of Instrument Science and Optoelectronics Engineering, Beijing University of Aeronautics and Astronautics,
Beijing 100191, China
Abstract In order to comprehensively understand the characteristics of random drift of fiber optic gyro
(FOG) varying with time, the characteristics of the random error terms of FOG utilizing the dynamic Allan
variance (DAVAR) method are studied. The results show that, the DAVAR not only can accurately assess each
error of FOG, but also can directly reflect the error stability of FOG. As the DAVAR needs to estimate the Allan
variances at all time points, the computational time of the DAVAR grows very quickly with the increase of the
analyzed time series. In order to solve the problem, a improved fast DAVAR algorithm based on the choice of
relevant time t for the computation of the DAVAR is proposed. The results show that the improved fast DAVAR
algorithm dramatically reduces the computational time without affecting operation results.
Key words fiber optics; fiber optic gyro; fast dynamic Allan variance; dynamic Allan variance; random error
OCIS codes 060.2800; 060.2370; 120.4800
收稿日期: 2014-11-10; 收到修改稿日期: 2014-12-04
基金项目: 航空科学基金(20110851007)、中航产学研创新基金项目(cxy2011BH03)
作者简介: 张 谦(1989—),男,博士研究生,主要从事光纤陀螺、惯性导航等方面的研究。E-mail:victoryqian175@163.com
导师简介: 冯培德(1941—),男,教授,中国工程院院士,主要从事飞行器导航、制导、控制等方面的研究。
E-mail:pdfeng@126.com
1 引 言
光纤陀螺(FOG)是一种以 Sagnac 效应为基础的新型全固态惯性器件,以其可靠性高、启动快、重量轻、动态
范围大、精度覆盖面广、抗冲击震动等优点,在众多军用、民用领域中具有广阔的应用前景
[1-4]
。在光纤陀螺工
作过程中,存在量化噪声、角度随机游走、零偏不稳定性等环境变化引起的大量随机噪声
[5]
。对这些噪声的分
析研究有助于提高光纤陀螺的工程应用精度。Allan 方差是 20 世纪 60 年代由美国国家标准局的 David Allan 为
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