基于Allan方差的光纖陀螺隨機漂移建模與仿真

金 毅，吳訓忠，謝 聶

（空軍工程大學 航空航天工程學院，陜西 西安710038）

引言

光纖陀螺（FOG）是光纖傳感領域主要成就之一，它具有動態范圍廣、壽命長、啟動快、抗沖擊等優點，在航空、航天和航海領域得到廣泛應用。由于FOG的元件特性等原因，在FOG的輸出信號中存在較大的隨機漂移［1］，因此建立FOG隨機漂移誤差模型以便在濾波中加以補償就顯得非常重要，已有的FOG隨機漂移誤差建模方法可分為3種：1）基于統計量的隨機漂移誤差建模，用該方法建模后物理意義明確，但存在缺陷：由實驗數據精確地確定自相關函數等統計量需花費很長時間［2］；2） 建 立 時 間 序 列 模 型 （ARMA 模 型 ）。IEEE規定的陀螺標準［3］指出：用ARMA建立的模型，會存在模型敏感性的問題，需要大量數據對其進行訓練。文獻［4］指出：ARMA模型并不適合奇功率過程和高階過程，而FOG隨機漂移中存在以上2種過程，只是因為其影響較小，在用ARMA模型建模時忽略了其存在；3）用微分方程建立隨機漂移誤差模型。此類建模是把陀螺中的隨機漂移誤差分為白噪聲和有色噪聲的組合［5］，它具有以下優勢：1）它把白噪聲過程從隨機漂移中分離出來，便于濾波時處理；2）用微分方程表示的隨機漂移有色噪聲項，可直接并入慣導誤差方程，便于計算。

采用基于隨機漂移誤差辨識的微分方程建模方法。首先用Allan方差辨識FOG靜態輸出數據，確定其中有色噪聲和白噪聲參數，然后為每一種有色噪聲提供微分方程描述。在建模時使用白噪聲驅動的線性微分方程來模擬各個有色噪聲，組合白噪聲、量化噪聲和各個有色噪聲，得到最終模型。……