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。     

基于FPGA的半球谐振陀螺频率跟踪技术

半球谐振陀螺谐振频率的跟踪精度与稳定性很大程度上决定了陀螺的性能。通过分析半球谐振陀螺的频率特性以及锁相环基本原理,设计了基于锁相环的半球谐振陀螺频率跟踪方案,并用FPGA进行全数字化实现。半球谐振陀螺采用真空封装,内部温度难以测量,然而其谐振频率与温度具有很好的线性相关性,因此可采用谐振频率对陀螺温度进行测量。传统的频率跟踪方案一般采用模拟锁相环实现,其缺点是频率值隐含于输出的正弦波中,无法供后继测量模块使用,本文所设计的FPGA全数字方案可弥补这一缺陷。根据陀螺谐振频率与温度之间的关系,给出了利用跟踪频率测温的分辨率公式并进行了相关实验。实验结果显示,谐振频率为4440Hz时频率跟踪稳态相对误差可达10-7量级,利用跟踪频率测温的分辨率可达0.0042℃。     

集成光学陀螺技术研究

对各种集成光学陀螺结构方案进行了总结,并对干涉式、谐振干涉式、反射谐振式、透射谐振式等四种典型的陀螺方案进行了详细的分析和比较。分析结果表明,干涉式和反射谐振式陀螺方案具有较小的极限灵敏度值,而且反射谐振式方案是四种陀螺方案中极限灵敏度值最小的,即反射谐振式陀螺方案是具有最大潜能的陀螺方案。方案分析完成后开展了集成光学陀螺的相关关键技术的研究,通过集成光学芯片的优化设计和加工、信号检测技术等方面的研究,最终实现了零偏稳定性为0.2°/s的陀螺样机。     

谐振式光纤陀螺用激光器性能研究

谐振式光纤陀螺是实现小型化的潜在方案,而激光器为谐振式光纤陀螺系统中的关键器件之一.为全面掌握激光器的性能,根据谐振式光纤陀螺对激光器的要求,制定了基于Lab-VIEW激光器性能自动化测试的软硬件设计方案,得到激光器分段线性化的模型,控制电流在90～120mA之间变化时,光功率、中心波长近似呈变化率为0.18mW/mA、0.11pm/mA的线性变化;控制温度在28.1～32.9℃之间变化时,激光器光功率、中心波长近似呈变化率为0.25dBm/℃、13.31pm/℃的线性变化;此外,光功率变化率为0.17％,中心波长的变化率为0.26× 10-6,具备稳定性特性.     

谐振式光纤陀螺用光源模块实验研究

基于多光源结构的谐振式光纤陀螺(R-FOG)是一种小型、高精度惯性传感器。研究了谐振式光纤陀螺的光源模块方案,选用小型可调谐的窄线宽半导体激光器,并对光源中心波长、光功率进行测量,以建立光源的最优工作区域,在此基础上对光源之间的拍频进行静态测试,测试过程中的频率最小值为53Hz、最大值为25.9225MHz。该方案具有分辨率高与动态范围大的潜在优势,在拍频测试中,陀螺测量分辨率和动态范围分别可达9.13×10~(-4)(°)/h、±4.56×10~7(°)/h。     

飞秒激光器脉冲重复频率的锁定技术研究

介绍了光纤飞秒激光器脉冲重复频率锁定技术的应用背景及其原理,并设计了一套可快速实现重频锁定的实验装置,最终将激光器的脉冲重复频率锁定到铷原子钟上,使飞秒激光器的脉冲重复频率获得和原子钟同样的稳定度;通过计数器采集锁定后激光器的脉冲重复频率数据,使用Allan方差给出了稳定度评价,对激光器脉冲重复频率锁定前后的稳定度进行了对比。实验证明,自主设计的实验装置可以实现锁定功能,具有很好的实用价值。     

谐振式光子晶体光纤陀螺环路建模与仿真

为减小谐振式光子晶体光纤陀螺系统中相对频率噪声对随机游走系数的影响,在反馈回路中引入PI控制器构成新反馈回路。通过建立谐振式光子晶体光纤陀螺环路模型,优化反馈控制模型中PI控制器参数,仿真得到谐振式光子晶体光纤陀螺的闭环带宽可达39.1k Hz,响应时间为1.24×10~(-4)s,超调量控制在8%以内。利用上述结果对谐振式光子晶体光纤陀螺进行检测带宽的优化设计仿真,得到当系统检测带宽小于3Hz时,可控频率噪声功率谱密度小于1.3μW/Hz,对应的随机游走系数(RWC)小于0.001(°)/h~(1/2),满足导航级陀螺系统的精度要求。     

光子晶体光纤在光纤陀螺中的应用现状及其关键技术

光子晶体光纤技术发展迅速,凭借其自身材料的突出优势已经在干涉式光纤陀螺中得到了应用。从光子晶体光纤的原理出发,阐述了光子晶体光纤的国内外研究现状和应用于光纤陀螺的潜在优势。同时针对两型光子晶体光纤陀螺:干涉式光子晶体光纤陀螺和谐振式光子晶体光纤陀螺,综述了陀螺层级的国内外研究现状及目前面临的主要技术问题,最后提出了光子晶体光纤陀螺后续发展需要攻克的技术瓶颈。     

谐振式光纤陀螺用激光器最优工作区间探究

激光器为谐振式光纤陀螺(R-FOG)的关键器件,根据R-FOG对激光器的要求,提出了一种R-FOG用激光器最佳工作点及最优工作区间的确立方法,制定了激光器性能自动化测试方案,得到激光器光功率、中心波长与电流、温度的变化关系。由此推导出2个激光器电流与温度的最佳工作点,并利用拍频检测原理确立2个激光器电流与温度的最优工作区域。激光器最优工作区域的掌握,为其应用于R-FOG提供了详实的参数指标。     

半球谐振陀螺在平台惯性系统中的应用研究

半球谐振陀螺作为新型振动陀螺, 具有长寿命、长稳定期、高精度等优 点,能显著提高惯性系统的性能。讨论了半球谐振陀螺的特点,分析了其误差模型,研 究了半球谐振陀螺在平台惯性系统的应用技术和方法,重点介绍了基于半球谐振陀螺的 平台稳定回路、框架归零回路和调平锁定回路设计,并通过试验样机进行了试验验证。     

相位差异技术在靶场光学测量设备中的应用

在分析光学设备需求、相位差异技术基本原理的基础上,对相位差异技术进行实验验证,并就其在靶场光学测量设备中的应用进行技术探讨。根据实验结果,原始图像的Fisher值为6.98×10-4,采用相位差异技术恢复后,图像的Fisher值提高到2.50×10-3,恢复结果验证了相位差异技术对水平传输过程中大气扰动的抑制能力。研究表明,该技术可有效改善大气湍流、光学系统像差对光学测量设备高分辨力成像的影响,还可应用于光学测量设备安装调试过程以及外场期间故障诊断和像差检测及校正。针对该技术实时性不足的问题,提出了优化算法、优化软件结构、选择高性能处理器等解决方案。     

光纤陀螺的温度实验与仿真分析

热致非互易相移的存在影响了光纤陀螺的工作精度.通过对热致非互易相移的分析,把握了该相移与光纤陀螺温度特性的关系.在此基础上,进行了光纤陀螺的温度实验与仿真分析.结果表明,仿真分析光纤陀螺的整体温度分布是可行的;温度实验与仿真分析相结合的办法有助于光纤陀螺温度特性的把握.     

高精度光纤色散测试技术

主要介绍了一套高精度光纤色散测试系统，系统采用频域相移法测量光纤的零色散波长以减小系统误差的影响，其零色散波长测量不确定度达到了0．11nm(k=2)。     

结合核相关滤波器和深度学习的运动相机中无人机目标检测

针对无人机与相机快速相对运动造成的运动模糊问题，以及小型无人机外观信息缺失和背景复杂造成漏警和虚警问题，提出了一种新的无人机检测-跟踪方法。针对成像尺寸小于32像素×32像素的无人机目标，提出改进的多层特征金字塔的分类和目标框回归器作为目标检测器，克服漏警。利用检测结果初始化基于核相关滤波的目标跟踪器，并持续修正跟踪结果，跟踪结果为剔除检测器虚警提供依据。在跟踪过程中，引入对观测场景纹理自适应的相机运动补偿策略实现目标重定位。多场景下的实验结果表明：提出的方法在对高速运动小目标的检测和跟踪指标上显著优于传统方法，且运动补偿机制的引入进一步增强了方法在极端复杂场景下的鲁棒性。     

光敏元件与光传感器的市场动态和发展

介绍了光敏元件与光传感器技术的发展及在国民经济和军事领域中的重要怍用；分析了国内外光电子产业的市场动态与发展趋势；论述了我国光电子产业面临的机遇和挑战。     

光母板技术在航电系统中的应用研究

随着航空电子技术的不断发展,传统的航空电子系统的母板总线在传输带宽、传输距离、EMI等方面正面临着巨大挑战。光母板技术实现了光纤高密度高可靠性的互连,这为航电统一光纤网络应用于先进航电系统打下了坚实基础。本文介绍了光母板技术在国内外的发展以及在航电系统中的应用情况;最后,针对光母板技术在我国航电系统中的应用提出了某些建议。     

基于被动相位噪声补偿的自由空间光学频率传递

针对自由空间光信号传输更易受到环境影响的特点，提出了一种被动相位噪声补偿技术。该方法利用探测往返传输的光信号与发射端参考信号拍频获得链路引入的相位噪声，在发射端通过声光移频器（acousto-optic modulator, AOM）对待传递信号移频取共轭即可在接收端获得相位稳定的光学频率信号。该方法避免了使用复杂的鉴相和伺服控制电路，使系统具有更快的补偿速度且没有鉴相范围的限制。实验结果表明，150 m的室外自由空间链路的平均时间1 s的附加频率不稳定度约为1.9×10-16，平均时间1 000 s的附加频率不稳定度约为4.6×10-19。该相位噪声补偿技术为高精度的自由空间光学频率传递提供了一个简单可靠的方案。     

航空工程复杂光学系统的计算机辅助设计

针对不共轴的或含有复杂形面的光学系统,探讨其在计算机上的最优化设计。讨论了新型优化质量指标的建立、对不收敛状态的识别查处、边界约束及非线性处理等问题。     

相变光盘的介质优选及理论计算

 本文着重论述相变光盘的存储机理、介质优选、理论计算及光存储最新进展。     

光电稳定平台红外光轴对准方法

光电稳定平台中,红外光学器件以其特有的优势越来越多地被采用。精确、快速地对红外光轴进行校准和标定是红外器件应用的一个重要课题。本文介绍了一种基于红外准直仪原理设计的红外光轴校准系统,对靶标位置偏差造成的光轴偏差进行了分析计算,并提出了确定抛物面镜光轴的具体方法。研制了红外光/可见光靶标模拟器,解决了无人机光电稳定平台中红外热像仪与其他可见光光学器件的光轴平行度校准、红外光轴相对系统零位基准标定等问题。所述方法经试验证明,在目前不具备红外准直仪的条件下同样实现了较高精度的红外光轴校准和标定,有着重要的实际工程意义。