低成本小型光纤陀螺惯性测量单元设计与实现

针对军用及民用惯性技术对光纤陀螺及其惯性组合低成本、轻小型化的需求,以三轴一体光纤陀螺和石英挠性加速度计为惯性敏感元件,设计并实现了光纤陀螺捷联式惯性测量单元。系统采用DSP+FPGA双微处理器结构实现数据高效采集、处理及输出。重点设计了三轴一体光纤陀螺组件、加速度计小型化数据采集电路、双微处理器设计等硬件结构及软件算法。样机测试结果表明：系统在动静态测量精度、体积、重量、实时性等方面达到了预期的设计目标。     

光纤陀螺信号解调与检测

本文分析了光纤陀螺信号解调的理论和实现技术。对模拟和数字解调方法进行了深入探讨，并最后给出了光纤陀螺系统的实验结果。     

光纤陀螺尖峰脉冲研究

对光纤陀螺尖峰脉冲进行了深入研究,建立了光纤陀螺前放电路的噪声模型,分析了两个关键参数带宽和放大倍数对陀螺噪声和信噪比的影响,仿真结果指出降低前放带宽、提高放大倍数可以大幅度提高陀螺的信噪比,由于光纤陀螺信号特性的限制,这些改变必须在切除尖峰脉冲后才可以实现。对比分析了常见的几种光纤陀螺尖峰脉冲抑制方案,选择了模拟开关切除尖峰脉冲方案进行试验,试验结果表明,尖峰脉冲抑制方案对光纤陀螺的输出数据噪声性能提升效果显著,改进后的陀螺噪声降低了13%。     

光纤陀螺惯性平台的稳定回路控制

为了延长惯性平台使用寿命并提高其稳定精度,以光纤陀螺作为惯性平台的敏感元件,建立了平台系统稳定回路的数学模型.针对平台系统的性能指标要求,基于H∞ 控制理论设计稳定回路控制器.仿真结果表明,该稳定回路具有较好的动态和稳态性能,可以满足系统的设计要求.同时,试验验证了该光纤陀螺惯性平台的系统性能,利用Allan方差法对光纤陀螺进行噪声信号分析,对陀螺各项噪声系数进行标定.结果表明,量化噪声是该光纤陀螺的主要噪声源.     

基于导航姿态解算的光纤陀螺平台低频角振动测试方法研究CSCD

为准确评价光纤陀螺平台的低频角振动特性,提出了一种基于导航姿态解算的光纤陀螺平台低频角振动测试方法。首先,通过角振动台精确模拟载体的低频角振动状态,并通过光纤陀螺平台飞行导航过程中的断调平差分信号,实现平台框架角度信号与角振动台激励角度信号的数据同步;然后,利用平台式惯导系统的导航姿态解算方法,实时解算低频角振动过程中光纤陀螺平台的台体姿态,并通过坐标系转换得到平台基座系相对于地理系的实时姿态;最后,通过对光纤陀螺平台稳定回路的幅相特性分析,得到低频角振动激励下稳定回路的幅值和相位特性,实现对光纤陀螺平台角动态特性的准确评估。     

谐振式光子晶体光纤陀螺信号检测及处理技术研究

谐振式光子晶体光纤陀螺是一种具有小型化、高精度等潜在技术优势的新型光纤陀螺,是国内外惯性器件研究的一个重要发展方向。针对谐振式光子晶体光纤陀螺的结构和信号检测原理进行了详细的叙述,确定了基于FPGA的陀螺信号检测总体方案,陀螺信号处理及控制模块主要由频差信号解调、复合拍频检测、闭环反馈控制、数据编码输出以及调制信号模块组成;随后重点介绍了窄线宽半导体激光器的驱动控制方案,在调制解调及频率偏差检测方案上采用数字相敏检波器实现频率偏差检测,在谐振频率闭环跟踪锁定方案上采用数字PI控制器实现环路光频率控制;最后进行了谐振式光子晶体光纤陀螺实验测试系统搭建,以及谐振曲线测试和谐振频率闭环锁定测试。     

光纤陀螺本征频率对准误差引起的零偏漂移抑制方法

在温度环境下,光纤环的伸缩及光折射率的变化等会引起光纤陀螺本征频率发生变化,产生光纤陀螺本征频率与陀螺调制频率对准误差,进而导致探测器信号中的“尖峰脉冲”信号发生变化,使光纤陀螺产生零偏漂移。通过分析光纤陀螺本征频率的变化,提出了一种调制频率自动跟踪本征频率的方法,从而减小了温度条件下光纤陀螺的零偏漂移。试验验证结果表明,采用该方法的光纤陀螺在-40℃～+60℃的温度范围内固定温度点下的零偏极差减小了50%。     

基于自回归与最小均方理论的振动环境下 光纤陀螺仪滤波方法

针对振动应力下光纤陀螺产生测量误差增大的问题,从振动对光纤环的影响机理出发,分析了振动应力下光纤陀螺干涉信号的表现形式,提出了基于自回归最小均方滤波理论的光纤陀螺滤波方法,将AR模型的平稳性和最小均方根滤波的自适应性相结合,提取平稳数据的特性参数,对高频信号进行滤波,降低非互易相移产生陀螺角速度误差值的干扰.试验表明,该方法简单可行,有效地降低了振动应力下光纤陀螺输出信息的噪声,抑制了由振动引起的陀螺漂移.     

基于光纤陀螺的组合导航系统研究

采用基于光纤陀螺的IMU和GPS接收机,以DSP为信息处理核心,实现了GPS/TNS组合导航系统.介绍了光纤陀螺工作原理和误差模型,描述了组合导航系统并通过试验对该系统进行分析.实验结果表明,基于光纤陀螺的组合导航系统误差范围较小,可以满足较高精度的导航定位要求.     

基于PC／104的光纤陀螺捷联航姿系统

本文中给出了光纤陀螺捷联航姿系统的系统硬件结构组成以及软件流程。在整个系统的实现上，采用PC／104作为捷联航姿系统的导航计算机，采用低成本的VG910光纤陀螺作为角速度测量元件，采用C语言编写捷联航姿系统软件。为了检验基于PC／104的光纤陀螺捷联航姿系统的性能，对其进行了测试，测试结果表明本航姿系统的精度是可以接受的。     

双通道光纤陀螺捷联惯导的设计与实现

针对光纤陀螺惯导精度和动态性能相互矛盾的问题,从实际应用需求出发,提出了一种高精度和大量程的双通道光纤陀螺捷联惯导系统.介绍了设计的基本原理和系统组成,并详细阐述了大小光纤陀螺设计、双通道加速度计设计和软件算法设计等关键技术,最后研制了一套原理样机.通过系统级标定试验、量程和陀螺精度试验、高动态振动环境试验和动态跑车试验等对样机进行验证,结果表明该技术方案具有可行性,为其他光纤陀螺惯导系统提供了新的设计思路.     

某型光纤陀螺温度场有限元分析

利用有限单元法,对光纤陀螺在非稳态传热过程中的温度场进行数值分析,通过将仿真结琴和试验结果进行对比,说明利用有限元这种方法可以对光纤陀螺的温度场进行准确的计算.另外,基于得到的光纤陀螺温度参数进行了相关的拓展计算,得到了一些定性的结论,可作为温度补偿的理论基础.     

再入式光纤陀螺实用化技术研究

再入式光纤陀螺（Re—FOG）使相互干涉的两路光循环进入光纤环，通过缩短光纤长度克服温度和应力引起的误差。本文研究了再入武光纤陀螺实用化的相关技术；提出了一种采用脉冲相位调制的信号检测方法；设计了专门的数据通讯模块。实验结果表明：所提出的信号检测方法可分离出所需循环次数的信号并解算出陀螺转速；所设计的通讯模块能保证实现陀螺与导航计算机之间的快速、稳定、准确的数据传送。再入式光纤陀螺可成为实用化的新型光纤陀螺。     

基于高灵敏超导探测器的新型脉冲光高精度光纤陀螺技术研究

高精度光纤陀螺的精度主要由光纤陀螺检测噪声决定,一般可用角随机游走系数来表征,光纤陀螺的角随机游走主要由光路干涉信号的信噪比和信号处理引入的噪声决定。提出了基于高灵敏超导探测器的脉冲光高精度光纤陀螺技术方案和精度提升方法,实现了陀螺光信号的高灵敏检测,显著降低了光纤陀螺的热噪声,降低了相对强度噪声,并避免了连续光因调制切换引入的尖峰脉冲误差的影响,有效提升了光纤陀螺的精度水平。通过仿真分析,可将光纤陀螺的随机游走系数检测极限从3.53×10-5(°)/h1/2降低至1.6×10-5(°)/h1/2,减小了约54.7%。     

光纤陀螺温度建模与补偿方法分析

通过光纤陀螺温度试验,分析了光纤陀螺的温度特性;理论上阐述了各项温度因素对光纤陀螺零偏的影响,并采用逐步回归分析的方法建立光纤陀螺零偏的温度数学模型。通过试验验证,采用该模型对光纤陀螺进行温度漂移的补偿,可以有效提高光纤陀螺的测量精度。     

船用光纤陀螺罗经试验方法

目前,国内关于光纤陀螺和捷联系统技术的研究日趋成熟。随着新型光纤陀螺罗经可以大大提升舰船保障和生存能力,将逐步取代传统机电式平台罗经,成为航海领域的舰船首选航行保障设备。在对光纤陀螺罗经工作机理和关键技术深入分析的基础上,提出满足光纤陀螺罗经试验鉴定需求的试验理念和试验模式,利用该方法进行试验设计,对试验中的关键条件、主要指标和考核因素等重点方面进行详细的分析与阐述。通过陆上试验和航行试验,验证了研究在试验鉴定中具有一定的应用价值,同时可指导捷联航姿系统试验。     

光纤陀螺噪声对惯导系统精度影响的小波分析

针对当前典型光纤陀螺捷联惯导系统,研究了低动态条件下光纤陀螺输出信号的噪声特性,运用小波多尺度变换方法进行了噪声各频段分量对导航精度影响的深入研究及仿真分析,然后采用小波阈值去噪方法进行了实测数据滤波的有效性验证。结果表明,光纤陀螺噪声的低频段部分是影响导航定位误差的主要因素,而对陀螺高频段噪声的滤波措施对导航精度影响甚微。     

基于SLD光源变流驱动的光纤陀螺快速启动研究

光纤陀螺的快速启动技术是应急武备系统、随动控制系统等特殊应用场合的首要要求。提出了一种通过变流调节模式来驱动光纤陀螺SLD光源的方法,建立了变流调节模型并计算了模型参数。通过辅助制冷器控制光源发光芯片温度,可使SLD光源输出光功率迅速达到稳定值。试验结果表明,高低温极限温度条件下SLD光源的启动时间可缩短为恒流模式的一半,特别是在低温启动时避免了SLD光源输出光功率的瞬间过冲带来的光纤陀螺中光电探测器的致盲效应。同时,光纤陀螺在极限高低温下的启动时间缩短1s,实现了光纤陀螺的快速启动。研究结果对光纤陀螺在高低温极限环境条件下的启动提供了有益的参考。     

光纤陀螺随机振动条件下输出信号的相关检测

对光纤陀螺振中输出信号进行频谱分析,发现在某些频率点下幅值很大,造成振动过程中陀螺存在较大的振中零偏漂移。本文提出了采用相关检测技术对误差信号进行分析的方法,理论仿真表明相关检测可提取噪声中隐含的周期性信号,研究发现了陀螺机械封装及工装固定是产生上述试验现象的主要影响因素,提出了相应的改进方案并进行了试验验证。试验证明理论分析正确,改进方案使陀螺振中零偏漂移降低了一个数量级。     

闭环光纤陀螺的死区现象及克服死区实验

克服死区是闭环光纤陀螺设计中需要考虑的重要问题。运用适当的小角速度测试方法测得了闭环光纤陀螺输出信号中的死区。采用了一种简便的偏置输出相移信号的方法以克服闭环光纤陀螺输出信号中的死区。实验表明,上述方法可以克服死区。