:100422474(2009)0220166203采用分段法估算Allan方差中的各噪声系数闾晓琴,张桂才(四川压电与声光技术研究所,重庆400060)摘要:指出采用传统的最小二乘拟合法估算存在于Allan方差中各噪声系数存在的问题,提出采用分段法来估算Allan方差中的各噪声系数,并通过对多组实测陀螺数据进行分析,证明了分段估算法与最小二乘拟合法相比是一种更有效的、科学的噪声估算方法。提出了一种根据数据点的多少自动改变Allan方差积分时间的算法,可在保证估算精度的前提下减少不必要的计算过程,有效地缩短了Allan方差的计算时间。关键词:光纤陀螺;Allan方差;噪声:U666.1文献标识码:AEstimationofVariousNoiseFactorsfromAllanVariancebySubsectionMethodLVXiao2qin,ZHANGGui2cai(SichuanInstituteofPiezoelectricAcousto2opticTechnology,Chongqing400060,China)Abstract:WefoundthattheestimationofvariouskindsoffiberopticgyronoisefactorsfromAllanvariancebyusingtheleastsquarefittingmethodhassomeproblems.ThesubsectionmethodwasbroughtforwardtoestimateerrorsfromAllanvarianceandseveralsetsofgyrodatahavebeenanalyzed.Theanalyzedresultshowedthatthesubsectionmethodwasmoreeffectiveandscientificthantheleastsquarefittingmethod.Inaddition,analgorithmwhichcanchangetheintegraltimeofAllanvarianceautomaticallybasedonthelengthofconsecutivedatapointswasproposed.Usingthismethodcanreducesomeunimportantcalculations为了减少光纤陀螺(FOG)的误差并提高其精度,需要首先对陀螺仪进行性能评估,了解内部影响其性能的各种误差源。Allan方差分析是在时域上对频率稳定性进行分析的一种通用方法,在Allan方差与功率谱密度(PSD)间存在定量关系,利用这一关系可在时域上直接由FOG的输出数据得到FOG中各种误差源的类型和幅度[1]。通过分析陀螺仪测试数据的Allan方差可得各类型噪声对陀螺仪性能所造成的影响。但采用传统的最小二乘拟合法估算Allan方差中的各噪声系数时,通常会存在个别系数出现负值现象,这是由于拟合处理方法不当而产生的一种计算误差。人们仅简单地取这种负值系数的绝对值来得出相应的噪声系数,从而使这种计算误差放大,这在一定程度上掩盖了光纤陀螺真实的噪声特性。本文提出采用分段法来估算存在析的方法。假定N个连续的数据点,每个点的采样时间为t0,我们把(n<N/8)个连续的数据点作为一个组,每个组称为一个群。与每个群有关的是时图1Allan方差分析数据结构框图如果陀螺的瞬时输出速率为Ω(t),群平均[122]Ωk(t)=1tk+tt∫Ω(t)dt(1)下一个群的平均tk+1+t1Ωnext(t)=t∫Ω(t)dt(2)k+1式中tk+1=tk+t。我们求出每相邻两个群的平均值差ξk+1,k=Ωnext(t)-Ωk(t)(3)Allan方差就是由整个数据生成的具有相同尺寸的所有群的方差收稿日期:2008206217作者简介:闾晓琴(19792),女,江苏人,工程师,硕士,主要从事光纤陀螺及掺铒光纤光源研究工作。第2期闾晓琴等:采用分段法估算Allan方差中的各噪声系数167式(5)进行拟合求得[326]。将式(5)简化可得σ2(t)=1<[Ωnext(t)-Ωk(t)]2>(4)2∑Cntσ(t)=2n()6采用分段法估算Allan方差各噪声源估计Allan方差时,数据中可能存在各种成分的随机噪声。如果各噪声源统计独立,则计算的Allan方差是各类型误差的平方和。故可从Allan方差中抽取出各类型误差源的贡献。量化噪声是由全数字闭环光纤陀螺信号处理中的A/D与D/A转换器的数字特性引起的,噪声的大小取决于数据采集系统的精度和初始采样时间的选取等。量化噪声通常代表了光纤陀螺的最低分辨率水平。在σ(t)2t双对数曲线中,量化噪声的斜率为-1。角随机游走的主要是光源相对强度噪声、探测器的电噪声和散粒噪声以及相关时间比采样时间短的其他高频噪声项(如振动实验中的高频振动等)、光纤陀螺中的2阶背向散射。这些噪声项均可用陀螺仪输出的白噪声描述,其中一些噪声可通过优化设计来消除(如提高光路系统的信噪比)。角随机游走噪声的斜率为-0.5。零偏不稳定性可能源于法拉第磁场效应、温度波动引起的漂移或其他低频环境噪声等。零偏不稳定性还可能源于光纤陀螺中的偏振演变及探测器的闪烁噪声。由于其低频...