传统提高陀螺寻北仪精度的方法主要是选用高精度陀螺、提高转位精度增加转位数、通过数字滤波消除外界干扰等,这些方法大多针对寻北仪的某方面误差因素进行改进,而对寻北仪整体的误差特性研究较少。通过对陀螺寻北仪综合误差特性的分析,提出了基于快速傅立叶变换(FFT)的寻北仪误差补偿方法。该方法首先测量出寻北仪的整周误差,然后通过求取FFT系数完成对寻北仪的系统级误差补偿,该方法尤其对寻北仪制造过程中的结构误差和测量元件的常值漂移残差具有良好的补偿效果。经产品验证可以在保持现有陀螺和转位精度不变的情况下，提高寻北精度3倍以上,具有良好的工程实用价值。

      寻北仪能够为载体提供准确的航向信息,在国防军事和民用领域发挥着重要的作用。常规提高寻北仪精度的方法主要是选用高精度陀螺、提高转位精度、增加转位数、通过数字滤波消除外界干扰。受工作原理、工艺和成本限制,常规机电陀螺的精度已很难突破,噪声影响又使新型光陀螺的分辨率差强人意。经纬仪陀螺罗盘，和旋转调制式寻北仪虽然可提高寻北精度,但经纬仪测量时间长且价格昂贵,陀螺罗盘制造调试困难,旋转调制式寻北仪结构复杂,这些固有的特性限制了其应用范围,所以，当前静态测量型陀螺寻北仪仍是主要的寻北手段。为提高陀螺寻北仪的寻北精度,可通过多位置转位来抑制陀螺常值漂移,常用的转位有二位置法和四位置法,对于单轴的光纤陀螺也可采用三位置法。转位机构可采用步进电机或力矩电机驱动,然后通过机械限位使电机堵转或通过光电编码器读取位置信息来控制转位位置。为满足载体在俯仰和倾斜状态寻北仪仍然能够正确寻北的要求,可通过测量前先调整寻北平台水平后再寻北,或引入加速度计通过精确测量姿态角来补偿的方法实现全姿态寻北。本文从分析静态测量型陀螺寻北仪的误差特征人手,提出了通过建立系统测量误差的FFT模型完成对寻北误差的综合补偿方案,可以在保持现有陀螺精度、转位精度和调平精度的情况下,有效提高寻北精度。

陀螺寻北仪误差分析

      寻北仪的误差主要由角速率测量误差、姿态角测量误差、纬度误差和结构误差引起。在陀螺精度一定的情况下可通过二位置法测量来减小角速率测量误差,即在起始位置完成测量后使陀螺在寻北仪内旋转180°后再次进行测量,2次测量结果相减再除以2,以消除陀螺的常值漂移误差。无论是通过机械限位还是编码器读数均不能严格保证180°的转位精度,导致常值漂移不能完全抑制，仍有部分常值漂移的残差存在。在测角加速度计不转位的情况下,姿态角测量误差主要由加速度计的零偏重复性引起;在测角加速度计与陀螺共同转位时,同陀螺一样姿态角测量误差主要由加速度计的零偏残差引起。在纬度准确已知的情况下,纬度误差可忽略;结构误差既包含寻北仪内陀螺和加速度计各自轴间的失准角,也包含陀螺和加速度计之间的失准角,还包含惯性元件测量基准与寻北仪外部指示机械基准之间的失准角。

基于FFT的寻北仪误差建模和补偿

      对寻北仪计算公式的每个变量求偏微分可以定量计算出每项寻北误差系数,但这些系数却仅限于理想情况下的研究意义,在实际生产中由于影响寻北精度的因素众多，且很多误差参量难以精确测量,也就无法用固定的系数乘以各个参量对误差进行补偿。分析引起寻北误差的各个因素，

虽然来源不一,表现形式各异,但最终都体现为各个变量的三角函数组合。对于每台制造好的寻北仪,其最大成份的确定性误差如结构误差和陀螺加速度计的常值残差是固定的,而这些误差最终都会反映在测量结果误差中,如果对寻北误差进行FFT分解并补偿，则在系统级别统一完成了各个误差的综合补偿,而不必精确测量出各个分量,既显著提高了寻北精度又提高了工作效率。FFT 功能之一就是将周期性的曲线分解为三角函数的谐波分量叠加。