激光陀螺实时抖动解调方法研究

为了实现激光陀螺实时抖动解调,与陀螺输出信号同步采样抖动反馈信号,并设计算法将两个信号的抖动分量相位和幅度对准,然后执行抖动剥除运算。这种实时解调算法不仅计算量小,而且没有附加相位延迟。     

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。     

五陀螺冗余配置激光惯组抖动频率特性研究

激光陀螺捷联惯性测量系统多采用机械抖动式激光陀螺,系统中各陀螺之间的抖动耦合会影响陀螺测量精度。如何减小陀螺之间的抖动耦合,是激光陀螺捷联惯性测量系统设计中的关键技术之一。三个正交激光陀螺组成的捷联惯性系统其频率配置已经有了许多研究,而有冗余安装陀螺的捷联系统其频率该如何配置还未有过系统的研究。本文以某型号五陀螺冗余配置的激光捷联惯组为研究对象,通过有限元软件对不同频率配置下陀螺之间的抖动耦合特性进行仿真分析,给出了五冗余配置激光捷联系统的抖动频率配置原则,在工程实践中,对捷联系统中陀螺的频率配置具有重要指导意义。     

基于抖动信号注入的微机电陀螺量化噪声抑制技术

针对量化噪声对微机电陀螺输出的影响,提出了一种基于抖动信号注入的量化噪声抑制技术。通过引入与陀螺模态无关的正弦抖动信号并择取合适的抖动信号幅值,降低了量化噪声在陀螺工作频率处的能量,有效地抑制了陀螺零偏输出中的量化噪声。该方法在蜂巢式微机电陀螺上进行了验证,实验结果表明：施加抖动信号后,系统零偏稳定性提升了3倍,从0.24(°)/h减小至0.08(°)/h,角度随机游走(ARW)从0.0096(°)/h^1/2提升至0.0039(°)/h^1/2,零偏不稳定性由0.05(°)/h提升至0.006(°)/h。实验效果证明了抖动信号注入技术抑制陀螺噪声的可行性,该方法可应用于其他类似的陀螺控制系统中。     

激光陀螺机械抖动偏频对等效转动矢量姿态计算的影响

研究了激光陀螺机械抖动偏频影响等效转动矢量姿态计算精度的机理。用双子样N次迭代算法推导了载体实际姿态角运动与机械抖动发生谐振时产生的姿态计算误差项,指出其误差作用机理与惯性导航比力方程计算中划摇误差的相似性。针对三轴激光陀螺共一个机械抖动轴和3个单轴激光陀螺构成惯性组合两种情况进行了讨论。根据对静态条件下惯性组合中激光陀螺采样信号的功率谱密度分析,指出当采样频率较低时,会产生与抖动有关的低频周期分量,与低频的载体姿态运动谐振将产生姿态计算误差,应尽量提高采样频率及等效转动矢量计算频率。     

空间三轴激光陀螺高精度抖动剥除算法研究CSCD

激光陀螺的输出信号中包涵外界输入角速度、机械抖动角速度两部分信息,机械抖动角速度是一个叠加了一定噪声的标准正弦振动。针对空间三轴机抖激光陀螺仪,提出了一种高精度的新型正弦抖动信号滤除算法,通过自适应陷波器和有限冲击响应数字滤波器的组合,能极大地衰减激光陀螺仪零偏输出波形中的正弦分量,实现外界输入信号的高精度准确提取。实验结果表明,该抖动剥除算法效果显著,在保证快速响应外界输入的条件下能够实现高精度地提取角速度信号,可有效降低惯性系统的成本和复杂度,进而提高产品质量可靠性,具有很强的工程实用价值。     

数字闭环光纤陀螺的调制串扰误差

 通过分析数字闭环光纤陀螺的阶梯波调制信号与输出死区、周期噪声干扰及小角速度漂移的关系，提出了调制串扰误差的概念。指出调制信号与探测器输出信号之间的电交叉耦合及调制信号产生的调制误差是产生调制串扰误差的干扰源。将调制串扰通道模型简化为比例环节和部分积分环节，并和光纤陀螺理想模型结合，建立了光纤陀螺调制串扰误差模型，利用该模型推导出了产生死区的条件及周期噪声干扰和小角速度漂移造成的输出偏差表达式，并对周期噪声的幅值、频率与陀螺输出量级、带宽之间的关系进行了定量分析。调制串扰误差的仿真和实验结果与理论分析结果基本一致，验证了调制串扰误差模型的正确性。     

全光纤陀螺信号处理研究

全光纤陀螺也就是开环光纤陀螺，采用PZT相位调制。本文主要根据全光纤陀螺的特点，介绍其信号处理方法，主要包括光功率控制、温度控制，PZT驱动和信号解调，信号解调分别介绍了模拟信号处理和数字信号处理两种方法。     

光纤陀螺开环增益的实时估计与补偿

开环增益是影响闭环光纤陀螺控制稳定性及控制精度的重要参数。从光纤陀螺的数学模型出发推导了开环增益的计算公式。在数字闭环光纤陀螺相关检测的基础上提出了一种开环增益的估计方法,通过在积分控制环节前施加一个方波抖动信号,然后在信号处理器中进行相关解调,实现了开环增益的在线实时估计。同时利用数字逻辑中比例控制系数的可操作性,通过实时调整比例控制系数K来补偿硬件部分增益G的变化,从而实现陀螺开环增益的自补偿。最后通过实验证明了该方法的正确性。     

激光惯组结构系统陀螺抖动性能确定方法与应用

当二频机抖陀螺相对于其安装基座的抖动幅度较小时,偏频技术不能很好消除锁区的影响,陀螺精度将降低,甚至停止抖动失去功能。激光陀螺抖动性能与结构密切相关,给出了激光惯组箱体减振器本体抖轮陀螺体系统的激光陀螺抖动多体动力学模型及关键参数识别方法,能够根据激光惯组的结构、减振设计方案计算陀螺抖动性能,进而选取合适参数及结构布局解决激光惯组系统陀螺抖动效率差的问题。最后,通过型号实际问题分析验证了该方法的准确性及工程实用性。     

激光陀螺抖动技术研究

激光陀螺中存在着制约使用精度和应用范围的锁区。由于精度高、简单易实现等优点,机械抖动偏频技术成为目前唯一真正用于实际的偏频方案。本文全面系统地研究了抖动系统设计时应该充分考虑的各种关联因素和遵循的普及性原则,对激光陀螺抖动系统设计改进和工程研制具有重大参考价值和现实指导意义。     

激光器驱动干涉型光纤陀螺光源相位调制技术研究

激光器驱动干涉型光纤陀螺的优点是潜在精度高、标度因数稳定性好等,在飞机、舰船惯性导航以及其他高性能领域具有广泛的应用前景。当然,干涉型光纤陀螺采用高相干光源面临诸多技术挑战,如相干瑞利散射、Kerr效应、偏振交叉耦合、Faraday效应等引起的漂移和噪声。采用宽线宽激光器可以抑制这些误差。针对激光器驱动干涉型光纤陀螺中加宽激光器线宽、降低激光器相干性的几种相位调制技术以及线宽加宽抑制噪声的效果进行了理论分析和评估。     

低角速度下改善非线性的光纤陀螺

随着不断完善性能以适应日益增长的用户需求，高性能的数字闭环光纤陀螺（FOG）在减小死区方面得了显著的进展，在惯寻级应用方面，消除低角速率下的一非线性是非常必须的。闭环光纤陀螺中存在的死区现象已被许多光纤陀螺研发机构在设计中观察到了，报道出的现象为在一段小的非零角速度输入时，陀螺输出为零，根据不同的陀螺级别，死区的大小从0.03度／小时到10度／小时，或者更大。产生死区的原因一般来说是由于光纤陀螺的相位调制的激励与信号检测电路间的交叉耦合。屏蔽关键的信号和对电源线解耦有助于减小死区，但总是不能消除，为了消除光纤陀螺在低速率情况下被“卡”住，一种电子抖动的方法得以应用，它连续施加锯齿波在反馈上。这一专利方法可以容易的加入陀螺控制回路，而不必改变现有使用的电路。死区已数百倍的减小，达60微度／小时，这一数值比陀螺的偏置稳定要低许多，有效地消除了系统中现有的死区存在。     

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。     

数字闭环光纤陀螺死区机理研究与抑制

在数字闭环光纤陀螺中,死区产生及其附近噪声特性恶化的主要因素可以归结于施加在相位调制器上信号的串扰。根据死区产生机理的不同,提出了偏置相位调制和阶梯波反馈调制两种死区串扰误差因素的观点。通过对这两种死区误差机理的分析和比较,提出了采用模拟相加反馈方案可以避免偏置相位调制死区误差的观点。采用速率转台法测试了光纤陀螺的死区特性,验证了理论仿真和计算的正确性。最后,通过采用三角波相位抖动抑制死区误差技术,将一种高精度光纤陀螺0.08(°)/h的死区误差抑制到0.001(°)/h以下。     

微半球陀螺测控电路国内外现状与关键技术

微半球陀螺相比于传统的机械陀螺具有更小的尺寸，因此其对温度、湿度、磁场等外界环境的变化更为敏感。为了保证陀螺具有较好的工作表现，需要使外部驱动信号的频率严格锁定于工作模态的中心频率上，且陀螺输出信号幅值恒定。与此同时，由于微半球陀螺信号为微弱信号，故而需要采用微弱信号采集技术及反馈技术对其进行处理，并且通过解调控制算法得到输出信号。阐述了微半球陀螺基本测控电路的国内外发展现状，并从Sigma-delta、模态匹配、正交补偿、温度补偿等角度分析了微半球陀螺测控电路的关键技术。     

基于有限元模型的机抖激光陀螺模态分析

闭锁效应是激光陀螺误差的主要来源之一,机抖激光陀螺采用机械抖动的方式使其工作在谐振状态下有效地减小了这一误差。为研究机抖激光陀螺的抖动特性,本文建立了该陀螺的有限元模型,对其抖动模态进行了仿真分析,并进行了扫频实验验证,结果表明该模型充分反映了系统的抖动动力学特性,合理可靠,为采用有限元方法进一步分析激光陀螺的振动特性奠定了基础,对提高激光陀螺的精度有着重要的意义。     

通过信号相关方法进行高精度闭环光纤陀螺误差补偿

在线笥度要求较高及动态范围较大时，光纤陀螺仪应以闭环控制系统做为理想驱动。对于减小低频信号的扰动和准确探测在Sagnac相移随光强分布线性区域内的光强，适当的本征调制Sagnac干涉信（SIF）反馈信号是必须的，确定的调制都会伴随着不可避免的调制器和光探测器之间的串音引起的死区和偏置误差。本文提出了一个非周期控制县对SIF反馈信号进行伪随机调制的高精度闭环陀螺系统。这种随机调制原理完全消除了在测量小旋转速率时的死区，并能够通过信号相关方法对在非理想系统中的几个误差源进行固有的潜在的补偿和控制。下文半介绍这个相关性控制的原理，并将其应用于一系列本文所的闭环光纤陀螺的专门的控制环。从几个实现相关控制的高精度闭环螺的原型得到的结果表明：偏置误差可以减小两个量级，并且随机游走也显著降低。     

基于Allan方差的激光陀螺噪声估计方法研究

激光陀螺的噪声影响其使用精度,为提高精度需要对噪声进行估计。研究几种基于Allan方差的激光陀螺噪声估计方法。首先,介绍了Allan方差的基本定义,以及运用Allan方差理论估计陀螺仪随机噪声系数的基本原理。详细叙述了三种典型噪声系数估计方法,即最小二乘法、分段估计法与规范化最小平方回归算法,指出各方法原理上的优缺点。最后通过对多组环形激光陀螺实测信号的定量分析,详细比较了三种噪声系数估计方法。结果表明,规范化最小平方回归算法计算简便,耗时短,拟合曲线平滑,拟合精度高,且具有较好的重复性,与其它两种估计方法相比,是一种更有效、科学,更适用于环形激光陀螺随机噪声特性分析的系数估计方法。     

发动机进气压力控制系统噪声抑制方法

高空台进气压力控制系统具有大时滞特性,被控对象受到输入噪声、相位延迟等不确定因素的影响,导致控制系统难以精准控制,给控制器的设计带来挑战。针对该问题,首先采用基于跟踪微分器(TD)的测量噪声抑制对系统输入噪声进行估计,通过引入基于跟踪微分器与Fal函数滤波算法的相位补偿进行了补偿器设计。然后对高空台进气压力控制系统设计了跟踪微分器的测量噪声抑制算法,并进行了滤波特性分析。在设计相位补偿方法时,不仅考虑了测量信号中随机噪声的分离,还对微分信号中的抖动信号进行了滤波,使得系统初始信号和滤波后的光滑微分信号重新构成新的有用信号,最终解决了输出信号的相位滞后对控制精度影响的问题。通过数值模拟对经典fhan算法和提出的Fast+PA(Phase Advancer)算法进行了比较,验证了Fast+PA算法噪声抑制的优势。结果表明,Fast+PA算法通过调整重要参数滤波因子h₀和向前预报补偿因子λ的值既能消除颤振及保证滤波的效率,又具有较好的相位补偿和动态响应能力。