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%。     

基于Shupe系数的光纤陀螺光纤环评价方法

针对当前缺乏有效的光纤环温度性能评价方法确保光纤陀螺整表全温精度的问题,搭建了光纤环温度测试系统,提出了一种光纤环评价方法。该方法不但能够评价光纤环的温度性能,而且能够反映陀螺整表的全温精度。根据测试结果,分析了基于Shupe系数的线性误差和线性补偿后的非线性误差。其中,前者代表了光纤环的温度灵敏度,后者代表了光纤环的可补偿程度,两者共同构成了光纤环的评价指标。利用该测试系统测试了数十只同一尺寸的光纤环,非线性误差小于0.022(°)/h,补偿后整表的全温零偏稳定性小于等于0.01(°)/h(-40℃~+60℃,1℃/min),为后续高精度光纤陀螺的生产提供了一定的指导。     

光纤陀螺的随机过调制

大多数光纤陀螺的结构为Ｓａｇｎａｃ干涉仪,是干涉型光纤陀螺,并且对输入的传动速率仅呈现二阶（余弦）敏感性,为引入一阶（正弦）敏感性需进行相位调制,这使我们能够观测输入角速率的大小和方向,光纤陀螺相位调制,第一个是测量角速率的信噪比,第二个是校正引起陀螺漂移的调制信号的电耦合,在早期的光纤陀螺中,是把±π／２的方波调制信号加在干涉仪中,后来,±π／２或３π／２与方波复合调制被用来校准阳位调制的精度。     

光纤陀螺惯性导航系统

光纤陀螺目前正在替代激光陀螺用于导弹的惯性导航系统、不久将向军用和民用飞机中的激光陀螺发起挑战。利顿公司的采用光纤陀螺的LN-200惯性基准系统现已得到在40多个项目中应用的合同,包括飞机、无人机和航天器。LN-200采用3个光纤陀螺和3个采用微机械加工制     

廉价的镍基微机械速率陀螺

本文论述一种低成本常压下速率微机械陀螺,它采用了兼容制CMOS镍电铸装配成型工艺,陀螺的驱动模式和检测模式的谐振频率的匹配相互接近后,增加了角速率的分辨率,两种模式采用了对称悬挂和静电频率音又方式,而且在模式匹配运行过程中两种模式的不合理机械耦合,通过与陀螺的挠曲完全断开,减小了耦合度．降低机械耦合得到一个稳定的零速率输出偏置,即提供一个极好的偏置稳定度。装配陀螺镍材料结构层厚度18μm,电容间隙2．5μm,结果是纵横比大于7,检测电容0．5pF以上．测出陀螺谐振频率,驱动是4．09Hz,检测是4．33Hz,然后再与电压小于12V音叉匹配．陀螺混合联结一个CMOS客性接口电路,混合系统工作受外围电路控制,它们组成一个角度速率传感器．陀螺按驱动模式震荡,振动幅值大于10μm。速率陀螺等效噪声是0．095（°／s）／HZ1/2短期偏置稳定度大于0．1°／s．在测量范围±100°／s内,该陀螺公称标度因子是17．7mV／（°／s）,满刻度时非线性度仅为0．12％。现在的陀螺测量频宽设为30Hz,根据使用要求,频宽可以超过100Hz,检测模式的质量因子可以通过提高真空度加以改善,在一个10Hz窄的响应频宽中,质量因子大约就是一个等效速率噪声,它小于0．05（°／s）／Hz1/2。     

基于波长控制的光纤陀螺标度因数温度性能提高方法

光纤陀螺的标度因数与光纤环的长度、直径及光源的平均波长有关。在温度条件下,光纤环的长度、直径及光源的平均波长均会发生变化,进而导致光纤陀螺在高低温下的标度因数不同,影响温度环境下的光纤陀螺标度因数的重复性。提出了一种基于光纤陀螺波长控制的标度因数温度性能提高方法,该方法在光源驱动电路的桥式回路中增加了铂电阻组件,从而可自动调节光纤陀螺光源的管芯温度,进而控制光源平均波长的变化,以抵消光纤环有效面积因温度变化而对标度因数产生的影响,提高温度环境下光纤陀螺的标度因数重复性。试验表明,该方法将未补偿情况下光纤陀螺全温范围内的标度因数重复性(1σ)由271×10-6~280×10-6减小到了32.5×10-6~43.5×10-6,标度因数重复性误差减小了84%~88%,并验证了该方法的有效性。     

广义回归神经网络在光纤陀螺零偏补偿中的应用

因测量精度高、制造工艺简单,光纤陀螺在惯性导航系统中获得了广泛应用,但是温度的变化会使光纤陀螺产生测量误差.针对光纤陀螺的零偏容易受到环境温度影响的问题,提出了使用改进的广义回归神经网络建立光纤陀螺变温零偏补偿模型的方法,有效改善了光纤陀螺的变温零偏稳定性.该模型采用果蝇算法寻找广义回归神经网络的最优光滑因子,提高了模...     

光纤陀螺捷联惯导系统中数据采集单元的设计与实现

研究了光纤陀螺捷联惯性导航系统中数据采集单元的设计与实现。系统选用Infel80C196KC单片机作为系统MCU,利用串口扩展芯片TL16C554实现对三路光纤陀螺信号的数据采集,采用16位高精度模数转换器AD676完成对加速度计信号的数据采集。论文给出了软硬件的实现方案和试验结果。试验结果表明该数据采集装置单元,满足系统的性能要求,有较强的实用价值。     

高精度航海用光纤陀螺惯性导航技术展望

光纤陀螺基于Sagnac效应,利用环路中沿相反方向传播的两束光来检测惯性空间中的旋转速度,开辟了全固态角速度传感器之路。由于其标度因数稳定性和环境适应性较激光陀螺仪差,制约了其在高精度航海领域的应用。通过分析光纤陀螺,展望了光子晶体光纤材料、空芯微孔结构和窄线宽激光光源等技术在光纤陀螺中的应用前景,这些技术可提高光纤陀螺标度因数稳定性和环境适应性,同时还展望了基于量子纠缠光纤陀螺技术。通过分析光纤陀螺惯性导航系统发展,现阶段通过采用旋转调制、温控、温补等系统技术,有效抑制了光纤陀螺标度因数稳定性和环境适应性的影响,已具备在高精度航海领域应用条件。     

舰载光纤陀螺捷联惯导系统传递对准技术研究

本文提出了基于中高精度光纤陀螺捷联惯性导航系统传递对准设计方案,以"速度"+"姿态"为量测量,建立了卡尔曼滤波器误差模型和系统观测模型,完成了传递对准算法设计.通过仿真和船载动态试验,验证了传递对准方案可行性;船载试验结果表明光纤陀螺捷联惯导系统传递对准精度较高,技术指标满足工程应用要求.     

船用捷联惯性导航系统在运动中的快速初始对准与标定

通常情况下，常规船用捷联惯性导航系统在运动中约需４小时实现初始对准与标定。本文提出了一种有效的快速初始对准与标定方法，应用此方法的船用捷联惯性导航系统有三个光纤陀螺与三个常规加速度主。     

尖前缘翼干扰区的壁面压力和热流率分布

本文给出Ｍ＿∞＝７．８和６．７２，Ｒｅ＝３．５×１０￣７／ｍ和５．４×１０￣７／ｍ气流绕迎角为２０°、３０°和３５°尖前缘翼运动时，平板锥型干扰区的壁面压力和热流率分布。结果表明：（１）平板锥型干扰区的特征几何尺度与无粘激波角β＿０和翼迎角α相关，而壁面压力和热流率的峰值与法向马赫数Ｍ＿ｎ相关。（２）翼面压力和热流率分布由于受拐角涡影响，前者在翼根部呈波谷状，而后者呈波峰状，影响尺度与翼前缘处来流边界层厚度有关。     

金属壳谐振陀螺误差补偿方法研究

针对金属壳谐振陀螺的误差建模与补偿方法进行研究.首先,通过分析金属壳谐振陀螺的敏感机理,找到影响陀螺性能的误差源,建立金属壳谐振陀螺的误差模型.然后,研究陀螺的误差传播特性,对误差源进行分类,提出金属壳谐振陀螺的误差补偿方法.最后,利用试验方法对建立的误差模型和补偿方法进行验证.试验结果表明:经过补偿后的金属壳谐振陀螺在工作温度范围内(-45℃ ～55℃)零偏不稳定性降低至4.67(°)/h,全温度段线性度由0.2％降低至0.03％,随机游走为0.6982(°)/h1/2,陀螺的综合性能得到显著提升,证明了误差模型和补偿方法的有效性.     

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。     

激光捷联惯导系统温度误差补偿研究

针对激光陀螺惯性导航系统中惯性器件零偏随温度变化的情况,在-30℃～+50℃温度范围内,通过大量的温度实验,建立了零偏与温度变化的多项式模型,并用该模型对实验数据进行了补偿,扣除地速和重力加速度的分量,惯性器件输出几乎为零。最后在不同温度下进行了初始对准实验,实验结果表明：经过温度补偿后,在-30℃～+50℃ 温度内,俯仰角误差平均在0.0019° 以内,横滚角误差平均在0.0038°以内,航向角误差平均在0.014° 以内,接近了常温下的初始对准精度,满足了系统的指标要求。     

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。     

具有广泛应用的光纤陀螺研究

本文报导Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ公司在光纤陀螺研究方面的进展，结果表明该技术的通用性，显示了它有能力同时满足战术制导的低成本，小尺寸要求，以及惯性导航和精密应用的高性能要求。在惯性导航情况下，给出服在使用上采用代成本去偏设计的可能性。     

钕化物颗粒增强钛基复合材料的组织和性能

研究了原位生成的钕化物颗粒增强Ｔｉ－６Ａｌ－４．５Ｓｎ－３．５Ｚｒ－０．５Ｍｏ－０．７Ｎｂ－０．３５Ｓｉ－０．０６Ｃ（ｗｔ％）复合材料的组织和性能。颗粒呈球形或椭球形，平均颗粒粒度为～７μｍ，间距为～４０μｍ。颗粒在基体上均匀分布，它的微观结构由非常细小、结构复杂的多晶体组成，主要含有钕、锡和氧元素。测试了复合材料的室温拉伸、高温拉伸、高温持久和蠕变等力学性能。经１０６５℃／０．５ｈ／ＦＡＣ＋１０００℃／１ｈ／ＡＣ＋７００℃／４ｈ／ＡＣ热处理后，材料具有较好的力学性能。拉伸和持久断口均属于典型延性断裂。一些颗粒的内部存在裂纹，未发现裂纹由颗粒向基体传播。     

低成本光纤陀螺的研究

为了满足低精度光纤陀螺应用需求，利用廉价的单模光纤及退偏技术组成一开环光纤陀螺是一种比较适合的方案。本论文对开环退偏光纤陀螺中的退偏器特性及由此组成的开环光纤陀螺作了工程应用研究。研制的光纤陀螺具有低成本的优势，产品的一致性较高，精度达到2／h左右。     

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。