基于BP神经网络模型的光纤陀螺全站仪温度补偿算法

doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240467

测绘学报 ›› 2025, Vol. 54 ›› Issue (6): 1021-1030.doi: 10.11947/j.AGCS.2025.20240467

基于BP神经网络模型的光纤陀螺全站仪温度补偿算法

邹晨曦¹(), 石震²(), 刘迪¹, 杨子毅¹

^1.长安大学地质工程与测绘学院，陕西　西安　710064
^2.长安大学土地工程学院，陕西　西安　710064

收稿日期:2024-11-18 修回日期:2025-05-14 出版日期:2025-07-14 发布日期:2025-07-14
通讯作者: 石震 E-mail:2023126023@chd.edu.cn;shizhen@chd.edu.cn
作者简介:邹晨曦（2001—），男，硕士生，研究方向为精密工程测量。E-mail：2023126023@chd.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(42474050);陕西省自然科学基础研究计划(2022JZ-17)

Fiber optic gyroscope total station temperature compensation algorithm based on BP neural network model

Chenxi ZOU¹(), Zhen SHI²(), Di LIU¹, Ziyi YANG¹

^1.School of Geology and Geomatics, Chang'an University, Xi'an 710064, China
^2.School of Land Engineering, Chang'an University, Xi'an 710064, China

Received:2024-11-18 Revised:2025-05-14 Online:2025-07-14 Published:2025-07-14
Contact: Zhen SHI E-mail:2023126023@chd.edu.cn;shizhen@chd.edu.cn
About author:ZOU Chenxi (2001—), male, postgraduate, majors in precise engineering survey. E-mail: 2023126023@chd.edu.cn
Supported by:
The National Natural Science Foundation of China(42474050);The Natural Science Basic Research Program of Shaanxi(2022JZ-17)

摘要/Abstract

摘要：

光纤陀螺全站仪可以通过感应地球自转测定地理北方向。但在实际应用中发现温度变化是影响光纤陀螺寻北精度与稳定性的重要因素。在对光纤陀螺输出数据与温度进行相关性分析的基础上，设计了一种应用于光纤陀螺寻北的BP神经网络建模温度补偿方法。设计了温度补偿试验对模型的可行性和有效性进行验证，相较于常用多项式模型，该模型补偿后陀螺输出的零偏稳定性有一定程度的提高；并在某煤矿寻北定向测量中进行了应用，与导线测量结果对比分析，取得了一定的定向效果，可为类似工作提供参考。

关键词: 光纤陀螺, 温度补偿, BP神经网络, Allan方差

Abstract:

Fiber optic gyroscope total station can determine the geographic north direction by sensing earth rotation. However, it is found that the temperature change is an important factor affecting the accuracy and stability of the fiber optic gyroscope. Based on the correlation analysis between the output data of fiber optic gyroscope and the temperature, a BP neural network modeling temperature compensation method for fiber optic gyroscope is designed. The temperature compensation experiment is designed to verify the feasibility and validity of the model. Compared with the common polynomial model, the zero-bias stability of the compensated gyro output is improved to some extent. The method has been applied to a coal mine's north-seeking orientation measurement and obtained certain orientation effect by comparing with the result of traverse measurement.

Key words: fiber optic gyroscope, temperature compensation, BP neural network, Allan variance

中图分类号:

P228

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图/表 13

图1

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表1

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参考文献 33

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模型	输出平均值/（（°）/s）	标准差/（（°）/s）	Bs/（°）	Q/（（°）/s）	N/（（°）/h）	补偿时间/s
原始数据	532.8472	95.7651	25.3839	0.101	0.049
二次多项式拟合	532.8422	22.4269	14.5014	0.041	0.019	17
四次多项式拟合模型	532.8411	22.6011	12.7322	0.062	0.017	25
本文模型	532.8413	19.2864	8.0218	0.018	0.012	20

测量位置	方法	全站仪指向	标准差/（（°）/s）	Bs/（°）	Q/（（°）/s）	N/（（°）/）
地面D01→D02	原始数据	一位置	6.3565	0.8491	0.026	0.028
		二位置	7.0372	0.7392	0.033	0.021
		三位置	4.5453	0.5679	0.023	0.011
		四位置	4.4040	0.7304	0.023	0.009
	多项式拟合	一位置	4.2263	0.5466	0.016	0.010
		二位置	4.8526	0.5336	0.019	0.012
		三位置	4.0397	0.4655	0.015	0.007
		四位置	4.1405	0.5611	0.011	0.002
	BP神经网络	一位置	1.5580	0.3432	0.011	0.011
		二位置	1.2429	0.3184	0.009	0.004
		三位置	1.5684	0.0277	0.006	0.006
		四位置	1.5401	0.085	0.002	0.002

测量位置	方法	全站仪指向	标准差/（（°）/s）	Bs/（°）	Q/（（°）/s）	N/（（°）/）
井下U01—U02	原始数据	一位置	8.1222	0.7164	0.045	0.02
		二位置	8.3995	1.9287	0.039	0.033
		三位置	4.9398	0.7622	0.026	0.008
		四位置	4.6054	1.0988	0.024	0.012
	多项式拟合	一位置	4.2263	0.5466	0.016	0.010
		二位置	4.8526	0.5336	0.033	0.021
		三位置	4.0397	0.4655	0.023	0.011
		四位置	4.1405	0.5611	0.023	0.009
	BP神经网络	一位置	1.0479	0.2122	0.006	0.007
		二位置	1.6776	0.3021	0.004	0.004
		三位置	1.4497	0.0764	0.010	0.002
		四位置	1.3682	0.192	0.003	0.001

基于BP神经网络模型的光纤陀螺全站仪温度补偿算法

Fiber optic gyroscope total station temperature compensation algorithm based on BP neural network model

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测量位置	方法	方位角较差/（″）
井下U01→U02	原始数据	20
	多项式拟合	18
	BP神经网络	12

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