光纤陀螺热致漂移仿真分析及实验验证

外界温度场作用下,光纤环温度变化和热应力是引起光纤陀螺非互易误差的主要原因。分析了光纤陀螺热致漂移的数学模型,基于该模型仿真研究了对光纤环以恒定功率加热随后转入平稳状态扰动因素下陀螺的输出特性。为验证模型准确性,选用3个光纤环搭建光纤陀螺系统,并对陀螺零偏变化特性进行了测试。测试结果表明,各陀螺零偏测试值与模型计算值间的误差不超过8%,实验结果与模型能够较好符合,该研究结果对高精度光纤陀螺的设计具有重要指导意义。     

光纤环非互易相位误差尾纤补偿方法研究CSCD

针对光纤环的热致非互易误差的补偿方法进行研究,并通过仿真分析与实验验证,证明了某种光纤环尾纤长度与光纤环热致非互易误差之间的关系。根据等效介质理论和Mohr理论,建立了光纤环热致非互易相位误差仿真分析模型,并利用该模型计算了不同温度环境条件下,某类型光纤环顺逆时针方向光纤长度发生变化时,陀螺仪输出的全温零位漂移的变化量。仿真及实验结果表明,在1℃/min温变速率条件下,总长约800m的光纤环圈顺逆时针方向光纤长度相差约0.5m时,光纤环全温零位漂移量缩小了0.4(°)/h。研究结果得出了针对此类型的光纤环,当光纤环尾纤每减少0.5m,其热致非互易相位误差减小0.4(°)/h的规律。该项研究成果为后续优化光纤环的全温精度奠定了基础。     

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.     

光纤陀螺PZT相位调制器特性研究

PZT相位调制器在光纤陀螺中用于提供非互易相位偏置，它是光路中唯一非互易设置的元件。由于在光纤陀螺测试中发现PZT相位调制器随环境的变化和本身工作的状态直接影响光纤陀螺的零漂和重复性。我们根据PZT的性能和使用要求，对PZT进行特性实验，为光纤陀螺信号处理提供实验结果。     

光子纠缠光纤陀螺的光路互易性分析

传统光纤陀螺采用一个宽带光源和一个探测器,输入/输出共用Sagnac干涉仪的一个端口,这种结构构成一种互易性光路,使各种因素引起的两束光波之间的附加相移完全抵消,从而可以非常灵敏地测量旋转引起的Sagnac相移,而光子纠缠光纤陀螺通常采用双端口输入/双端口输出的光路结构,其光路互易性尚未充分认识.利用散射矩阵模型分析了...     

干涉式光纤陀螺光纤环互易性温变漂移补偿方法

分析了干涉式光纤陀螺光纤环受温度影响产生零漂误差的机理,对于温变环境下的光纤陀螺输出,在传统线性分析手段的基础上,以互易性为主,把光纤环径向内外温度差以及温度变化率的差作为研究对象,建立了新的多项式零漂评估方法.通过对模型不同幂级次的探寻,寻找到变温情况下的最佳拟合系数并进行仿真补偿,实现了陀螺精度的大幅提高,使得最佳零漂降低为原始输出的20.6%.最后,对拟合系数进行陀螺变温实验验证,证实了该新型温度补偿方法的合理性.     

采用参数分析法建立光纤陀螺的最优模型

光纤陀螺建模的过程依赖于各部分元件的参数。当然，在理想的光纤陀螺中，光纤线圈是一种互易性元件，两束光在其中沿相反方向传播，我们不考虑光纤线圈中的非互易性效应。而在实际的光纤线圈中，这种非互易性效应能够产生附加的效应，这是由每只陀螺本身的材料和结构特性决定的。对每只陀螺我们都可以找到许多方法来建立分析模型，从而可以补充其性能说明。为了使光纤陀螺的分析更容易，我们将采用框图的形式建模，并注意为每个元件选择最基本的结构。     

闭环光纤陀螺研究

 在开环光纤陀螺的基础上,采用锯齿波相位调制实现相移补偿,组成闭环光纤陀螺样机。通过对补偿相移特性的分析提出利用一种比较简单的实验方法,综合分析陀螺的线性度误差,对提高线性度有重要意义。本文给出了由锯齿波回扫时间引起的频差的实测结果。     

光纤陀螺非线性误差的温度特性研究

在不同调制深度下,光纤陀螺反馈通道的非线性误差对陀螺输出精度会有不同的影响。在此研究的基础上,通过实验与仿真分析相结合的方式,对光纤陀螺反馈通道非线性误差的温度特性也做了进一步的研究。研究表明,随着温度的降低,非线性误差对输出的影响也随之增加。仿真采用光纤陀螺单轴板在温箱中测得的数据,并利用Simulink建模分析。     

用于光纤陀螺的光纤环缠绕工艺研究

光纤陀螺中光纤环是一个重要部件，不仅可以通过调整光纤环结构参数，如光纤环面积、光纤长度，来提高光纤陀螺精度，同时环境因素，如温度、应力也将通过改变光纤环中光纤的物理参数，引起非互易性相位噪声，从而降低光纤陀螺精度。     

一种基于历史标校数据的移相值预测方法

地面测控设备在执行测控任务前,需要对和差接收通道的相位差进行标校(简称校相),以满足测角分系统的目标自跟踪要求.针对因标校设备故障而无法进行校相的问题,通过使用数理统计的多元回归分析方法,对积累的历史标校数据进行分析,确定了设备工作的环境温度对跟踪接收机移相值有显著影响.在此基础上,利用滑动窗口多项式拟合方法得到拟合移相值,并与最近一次的标校移相值进行时变加权,可以得到基于历史标校数据的移相值预测方法.仿真试验表明该方法具有较好的预测精度,可将预测移相值作为跟踪接收机参数,提高测控设备应急测控能力.     

光纤陀螺标度因数及零偏温度误差补偿研究

首先分析了光纤陀螺产生温度误差的机理,在此基础上分别指出标度因数与零偏的误差补偿模型,提出了一种利用一组数据同时补偿标度因数及零偏的方法,直接表示输入与标度因数零偏补偿后的关系。最后通过实验验证了该方法不仅能够有效地补偿陀螺的温度误差,且其补偿精度优于原单独补偿的方法,同时该方法仅需一次温度实验,节省实验成本,具有较大的现实意义。     

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。     

基于神经网络的光纤陀螺温度漂移误差建模与补偿

光纤陀螺（FOG）温度漂移误差是影响其输出精度的主要误差源之一,在实际应用中必须对光纤陀螺温度漂移误差进行适当补偿。传统的最小二乘法等线性补偿方法很难满足补偿精度的要求且适用性较差,利用BP及RBF神经网络分别建立非线性光纤陀螺温度漂移误差模型,可以有效提高补偿精度,使用FOG温箱实测数据对最小二乘模型及神经网络补偿模型进行了测试对比,验证了基于神经网络的非线性补偿算法在FOG温度漂移补偿中的有效性。     

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。     

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%。     

气压变化对光纤陀螺仪零偏稳定性 的影响及抑制方法研究

光纤陀螺仪可用于测量载体相对惯性空间的角运动, 是光纤惯导系统的核 心部件。因此,要求光纤陀螺仪具有较高的精度和良好的环境适应性。光纤环是光纤陀 螺仪的角速度敏感部件,光纤环受到环境因素影响,将导致光纤陀螺仪精度下降,因此 需要对光纤环采取适当的保护措施。分析了气压变化导致光纤陀螺仪零偏稳定性变差的 机理： 环境气压的急剧变化, 会使光纤环上产生附加应力, 造成光纤的折射率分布不 均,导致光路产生非互易性相位差,使光纤陀螺仪零偏产生漂移,零偏稳定性变差;并 提出了对光纤陀螺仪进行密封的措施来抑制该效应。经试验验证,采用此密封设计后, 光纤陀螺仪在变气压环境中的零偏稳定性改善了近10 倍。     

基于角增量和矢量模值观测的光纤陀螺温度漂移参数分段估计

光纤陀螺捷联惯导系统被广泛应用于航空、航天、航海及陆地车辆定位定向等领域,对光纤陀螺输出误差进行补偿是提高导航精度的有效手段。温度漂移和常值零偏是影响光纤陀螺精度的两个主要误差来源,对角增量输出式三轴光纤陀螺捷联惯导系统的陀螺温度漂移及常值零偏误差参数估计方法进行了研究。针对光纤陀螺的温度漂移,提出了一种基于角增量的分段最小二乘估计方法,根据不同温度区间的特征使用低阶模型即可进行误差建模,估计结果相比整体估计方法更加精确,同时推导了各个温度段参数的边界条件,保证了温度漂移模型在不同温变速率条件下的连续性。针对三轴陀螺输出中包含的常值零偏,提出了一种基于地球自转角速度矢量模值观测的方法,可在不依赖高精度转台等外部基准设备的条件下对光纤陀螺零偏进行估计,可适用于高纬度地区及极区环境下的外场标定。通过温箱静置升温实验,对光纤陀螺惯导系统三轴角增量陀螺进行了温度漂移和零偏的估计与补偿,验证了提出方法的有效性。     

基于应力强度干涉理论和薄弱环节分析的光子晶体光纤陀螺寿命评估

在空间飞行环境中,航天器承受着各种环境的作用,而每种环境因素都在一定程度上影响着航天器的工作寿命。光子晶体光纤是一种新型光纤,其比传统保偏光纤更耐辐照,是长寿命光纤陀螺(Fiber Optical Gyroscope,FOG)的首选,可以满足长寿命卫星的应用需要。将光纤陀螺特征寿命定义为强度,将热、辐照和振动等环境因素定义为应力,运用应力强度分析理论,采用最坏情况分析方法,分析了在常见应力联合作用下光纤陀螺的薄弱环节,评估了光纤陀螺的在轨工作寿命,验证了光子晶体光纤陀螺在某长寿命通信卫星上的适应性。分析结果表明,热和辐照是影响光子晶体光纤陀螺的重要因素。研究结论可用于有针对性地进行改进设计,为长寿命高可靠卫星提供技术支撑,具有显著意义。     

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。