多模光纤强度调制型扰动传感器传感原理

介绍了一种采用"单模光纤-多模光纤-单模光纤"结构的强度调制型扰动传感器,传感光纤为多模光纤.以提高传感灵敏度为目的,对强度调制的传感原理进行研究,并通过仿真及实验验证原理,得出使用相干光源、阶跃折射率多模光纤、对轴熔接单模光纤和多模光纤可以得到传感灵敏度很高的扰动传感器.所述方案结构简单、传感距离长,可应用于各种扰动传感领域,如边界线、军事基地、石油管道等.     

基于多元线性回归模型的光纤陀螺温度误差建模

在-40℃～60℃温度范围内测试了数字闭环光纤陀螺的标度因数、偏置和噪声,基于对测试 数据的分析指出,零偏稳定性大于0.3°／h的光纤陀螺的温 度误差主要来源于标度因数误差和偏置误差。利用逐步回归法分析了零偏与温度、温度梯度 之间的线性关系和标度因数与温度之间的线性关系,建立了零偏误差和标度因数误差的多元 线性回归模型。在模型中引入到达探测器的光功率作为新变量,提高了标度因数模型精度, 并使计算量减小40％。建模结果表明,标度因数误差回归模型的残差均方(RMS)达到1
(bit／(°／s)) 2,偏置误差回归模型的残差均方达到0.067(°／h) 2。     

数字闭环光纤陀螺死区非线性机理

死区非线性是数字闭环光纤陀螺的非线性误差之一,抑制死区非线性可以减小数字闭环光纤陀螺的输出噪声和漂移.分析了死区与分辨率和阈值的关系,给出了数字闭环光纤陀螺死区的定义和测量方法.提出调制信号与探测器输出信号之间的电交叉耦合及进入相位调制器的调制误差信号是产生死区的干扰源.给出了干扰信号的频率和相位特征,并分析了干扰信号跟踪、锁定输入信号的过程.将反馈干扰通道的部分积分模型和理想的数字闭环光纤陀螺模型结合,建立了带死区的陀螺模型.基于陀螺模型及相位调制信号与死区的关系,推导出了死区产生的条件及死区造成的陀螺输出偏差.死区影响因素的仿真结果和实验结果验证了陀螺模型和死区产生条件的正确性.      

高精度光纤陀螺高带宽信号检测方案

研究兼顾静态性能和力学环境适应性的信号检测方案是高精度光纤陀螺实用化的迫切要求.分析了高精度光纤陀螺全数字闭环信号检测过程,推导了系统的闭环传递函数.一般的基频调制使检测系统的采样周期长、带宽低,反馈不能很好地补偿因力学环境产生的高频噪声信号,会破坏系统闭环,产生较大的动态误差.设计了三倍频调制/解调数字闭环信号检测方案,使采样周期是基频调制方案的1/3,有效提高了系统带宽.两种方案的力学环境实验和静态实验结果对比说明,三倍频方案明显提高了高精度光纤陀螺的力学环境适应性,同时静态性能不受影响,能够满足实际应用的要求.      

光纤陀螺随机漂移模型

随机漂移是光纤陀螺的主要误差,建立数学模型在输出中补偿是抑制该项误差、提高光纤陀螺精度的有效方法.光纤陀螺静态输出为随机过程,对该随机过程的平稳性和正态性进行分析,拟合趋势项、周期项并补偿,使其成为平稳随机序列.采用时间序列分析法建立光纤陀螺随机漂移模型,根据随机漂移自相关和偏相关系数的特性辨识模型的类型和阶数,利用最小二乘方法估计模型参数,得到光纤陀螺随机漂移模型为AR(2).对陀螺输出数据补偿,检验模型的适用性.结果表明,该模型具有很好的适用性,能够有效抑制随机漂移,提高光纤陀螺精度,可以作为惯导系统卡尔曼滤波器状态变量的数学模型.      

开环光纤陀螺信号测试与小波去噪

建立了开环光纤陀螺测试系统,分析了干涉型开环光纤陀螺信号中主要噪声的产生机理和特点,利用小波分析的方法进行了去噪.与常用的滤波方法如平滑滤波、低通滤波等进行了对比,结果表明,小波分析较好地满足了在噪声干扰下对光纤陀螺微弱输出信号的检测要求,在有效滤除了噪声的同时保留了信号的细节信息.文中分析了去噪阈值的选取,比较了不同小波基情况下去噪效果的差异,通过实验证明了多尺度小波分析对光纤陀螺信号去噪的有效性.     

基于加速退化试验的光纤陀螺组件寿命评估

工作在宇航环境中的光纤陀螺组件会受到复杂的应力作用,而陀螺组件本身结构复杂,价格昂贵,并且可靠性高,很难通过普通的加速寿命试验评估其寿命.运用包含剩余标准化系数的退化轨迹模型,描述了光纤陀螺组件退化量与应力水平的关系,并且运用双应力步进加速退化实验的方法,得到光纤陀螺组件在温度和辐照两种应力下的退化数据.结合光纤陀螺加速寿命模型,评估该陀螺组件在宇航环境下的寿命.     

光纤陀螺随机漂移ARMA模型研究

从理论上证明了山多个ARMA过程组成的平稳随机过程，可以南一个等效ARMA模型描述，并推导废模型的数学表达式。提出了一种新的平稳随机过程建模的有效方法，并应用于光纤陀螺随机漂移建模。采用功率谱密度分析光纤陀螺随机漂移组成，从而确定随机漂移的ARMA模型的形式和阶数。通过对实际光纤陀螺数据分析和建模，利用所得随机漂移模型对陀螺输出数据补偿，检验模型的适用件。结果表明废建模方法正确町行，采用该方法建立的光纤随机漂移模型具有很好的适用性，可以有效抑制光纤陀螺随机漂移。     

闭环集成光陀螺中FIR滤波器的设计和应用

为提高闭环集成光陀螺中电路的性能，提出了采用现场可编程门阵列器件(FPGA)实现有限冲激响应(FIR)数字滤波器的方案，并给出了一个8阶低通FIR数字滤波器的FPGA流程、算法的设计及其实现。仿真和测试结果表明，所设计的滤波器电路工作正确可靠，满足设计要求。     

光纤陀螺温度建模及补偿技术研究

研究了干涉式光纤陀螺的温度补偿问题。首先分析了光纤陀螺仪温度漂移的主要影响因素，并应用人工神经网络与数理统计方法建立了陀螺仪的温度补偿模型。最后对某型号陀螺进行了0～50℃环境温度下的大量恒温及变温实验，通过实验数据完善所建模型并完成了对该陀螺的温度补偿。实验结果表明：在特定温度环境下，该方法能够有效地改善光纤陀螺仪零偏稳定性。