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清华大学学报(自然科学版)  2019, Vol. 59 Issue (11): 887-894    DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.009
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Allan方差方法分析环形激光陀螺仪噪声的性能评估
黎奇1, 白征东1, 赵思浩2, 戴东凯3, 邢海峰4
1. 清华大学 土木工程系, 北京 100084;
2. 清华大学 电子工程系, 北京 100084;
3. 国防科技大学 前沿交叉学科学院, 长沙 410073;
4. 清华大学 精密仪器系, 北京 100084
Performance evaluation of the Allan variance method for ring laser gyroscope noise analyses
LI Qi1, BAI Zhengdong1, ZHAO Sihao2, DAI Dongkai3, XING Haifeng4
1. Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;
2. Department of Electronic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;
3. College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China;
4. Department of Precision Instrument, Tsinghua University, Beijing 100084, China
全文: PDF(3129 KB)  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 为验证Allan方差方法用于不同状态下不同类型陀螺仪噪声分析的适用性,该文系统总结了Allan方差方法用于分析室温(~25℃)下静态环形激光陀螺仪噪声的方法,对该陀螺仪常见的5个主要噪声项以外的其他噪声项作了补充说明。对中国自主生产的某型号环形激光陀螺仪和目前使用较广泛的MPU 9250微系统惯性测量单元中的陀螺仪分别进行静态和动态下的多次实验与对比分析,结果表明:在对陀螺仪噪声特性充分了解的前提下,Allan方差方法可以对静态下不同类型陀螺仪的若干主要噪声项进行建模与概算,以满足全球导航卫星系统/惯性导航系统(GNSS/INS)的组合系统中Kalman滤波器参数设置的需要。若干实验分析结论对《IEEE单轴干涉式光纤陀螺仪试验程序和格式指南的标准规范》中经典Allan方差方法作了补充解释。通过对比Allan方差及相关常用数据分析方法,概述了其一般适用性。Allan方差方法可以为改进精密仪器的设计与制造、提高惯性产品实际使用精度等提供依据。
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作者相关文章
黎奇
白征东
赵思浩
戴东凯
邢海峰
关键词 环形激光陀螺仪微系统惯性测量单元MPU 9250Allan方差(AVAR)评估    
Abstract:The Allan variance method for various types of gyroscopes in various conditions was evaluated for ring laser gyroscope (RLG) noise at room temperature (~25℃) and steady conditions with analyses of the minor RLG noise terms besides the 5 major noise terms. Tests of a Chinese RLG and the widely used MPU 9250 micro-electro-mechanical systems (MEMS) inertial measurement unit (IMU) for static and dynamic conditions show that the Allan variance method can be used to estimate the main noise terms of various types of gyroscopes for static conditions to set the Kalman filter parameters for integrated global navigation satellite system/inertial navigation system (GNSS/INS) with the parameter values depending on the degree of understanding of the gyroscope physics. Several conclusions are given to supplement the classical Allan variance method in the IEEE Standard Specification Format Guide and Test Procedure for Single Axis Interferometric Fiber Optic Gyros. The wide applicability of the Allan variance method is contrasted with some commonly used data analysis methods. The Allan variance method has been widely recognized for metrology of precise instruments to improve the design and manufacture of precise instruments and to improve the precision of inertial measurements.
Key wordsring laser gyroscope (RLG)    micro-electro-mechanical systems (MEMS) inertial measurement unit (IMU)    MPU 9250    Allan variance (AVAR)    assessment
收稿日期: 2018-12-03      出版日期: 2019-11-19
基金资助:白征东,副教授,E-mail:zbai@tsinghua.edu.cn
引用本文:   
黎奇, 白征东, 赵思浩, 戴东凯, 邢海峰. Allan方差方法分析环形激光陀螺仪噪声的性能评估[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2019, 59(11): 887-894.
LI Qi, BAI Zhengdong, ZHAO Sihao, DAI Dongkai, XING Haifeng. Performance evaluation of the Allan variance method for ring laser gyroscope noise analyses. Journal of Tsinghua University(Science and Technology), 2019, 59(11): 887-894.
链接本文:  
http://jst.tsinghuajournals.com/CN/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.009  或          http://jst.tsinghuajournals.com/CN/Y2019/V59/I11/887
  表1 常用数据分析方法的优劣势比较
  表2 环形激光陀螺仪主要噪声项及其Allan方差分析
  图1 (网络版彩图)Allan方差方法分析环形激光陀螺仪噪声示例曲线
  图2 (网络版彩图)环形激光陀螺仪三轴原始角度增量随时间变化及其Allan方差分析
  图3 (网络版彩图)环形激光陀螺仪与MEMS陀螺仪Allan方差对比
  图4 (网络版彩图)MEMS陀螺仪原始 观测值低通滤波前后Allan方差对比
  图5 (网络版彩图)环形激光陀螺仪动态原始角度增量随时间变化及其Allan方差分析
  表3 环形激光陀螺仪Allan方差分析结果
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