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。     

模拟选通积分电路的温度特性对陀螺性能影响的实验研究

研究了模拟选通积分电路的温度特性对陀螺性能的影响。在数字闭环光纤陀螺工作原理的基础上,推导出陀螺输出与模拟选通积分电路中积分电容值的线性关系,进行了电路的温度性能试验,试验结果证实了理论推导,据此建立了线性模型并进行了补偿,补偿后陀螺零偏稳定性提高了75%。     

光纤陀螺输出信号的自适应滤波

噪声是影响光纤陀螺零漂指标的主要因素。为了降低光纤陀螺输出信号中的噪声含量,提高光纤陀螺的零漂指标,本文设计了一种自适应滤波器,用于光纤陀螺输出信号的数字滤波。设计的自适应滤波器采用基于最小均方误差准则的LMS算法,该算法的滤波准则是最小均方误差,采用递推的方法实现。设计的自适应滤波算法在数字闭环光纤陀螺中进行了实验,结果表明,设计的自适应滤波器能够降低陀螺输出数据中的白噪声,有效地提高了光纤陀螺的零漂性能。     

轴向磁场对去偏陀螺消偏器的影响

分析了磁场对陀螺影响的机理。运用琼斯矩阵，基于单色光，导出了与消偏器绕向平行的轴向磁场，仍能对去偏光纤陀螺中理想的消偏器产生影响，从而给陀螺带来Faraday非互易相位差的具体公式，并给出了此相位差随保偏光纤扭转率变化的仿真结果和加磁场后的实验结果。仿真结果表明：具有扭转的消偏器能产生Faraday非互易相位差；实验结果表明：作用在消偏器上的轴向磁场影响去偏陀螺零偏精度。提出了减小作用在消偏器上的轴向磁场影响陀螺精度的主要方法：使构成两个消偏器的每段保偏光纤的扭转率φ→0。     

光强干扰调制对光纤陀螺零偏的影响

方波调制信号是全数字闭环光纤陀螺的基准信号,该信号会通过电源线、地线或以空间电磁场的形式耦合到光源驱动电路上。基于相干检测原理,推导了由该耦合信号产生的等效相位延迟的计算公式,利用仿真模型估算了-120dB耦合强度对不同精度陀螺闭环零偏的影响,利用锁相放大器（LIA）测量了实验电路板上耦合信号的幅值,证明了该耦合信号与光纤陀螺零偏的相关性。光源驱动电路抗干扰改进后实验样机精度提高了40％,即0.14°/h。结果表明：光源驱动电路中耦合的方波信号是光纤陀螺产生零偏的因素之一,必须在硬件设计或信号处理算法上加以抑制。     

光退色在光纤陀螺抗辐加固中的应用研究

光纤陀螺中保偏光纤环因受辐射影响使其损耗增加,从而影响到光纤陀螺的精度,限制光纤陀螺在空间应用.对光退色现象从理论和实验进行深入的分析,得出光退色能够大幅度地降低保偏光纤的辐射损耗,增强保偏光纤的抗辐射性能,从而提高光纤陀螺的抗辐射性能.最后提出了利用光退色来提高光纤陀螺主动抗辐射的方案,采用该方案光纤陀螺光学系统的损耗降低了2.24dB,验证了该方案的可行性.     

具有高适应性的光纤陀螺零偏非线性温度误差补偿方法

确定了光纤陀螺零偏温度误差模型的组成并设计温度试验验证了所选模型项的充分性。通过反解温箱传递函数实现了温箱的输入控制,并控制陀螺本体进行了恒定速率升降温,再结合不同高低温区间的温度循环操纵误差轨线完成了对于温度/温变速率平面的覆盖,揭示了平面覆盖性与环境适应性间的联系。借助非线性偏最小二乘估计对零偏非线性温度漂移模型进行了高精度辨识,获得了各温度因素的组成形式与影响权重。最后利用随机变温与惯导冷启动试验验证了本方法对于复杂温度环境的高适应性。经温度误差补偿后,全温范围陀螺零偏稳定性由0.02°/h水平降至优于0.005°/h。     

闭环光纤陀螺的温度补偿

为使全数字闭环光纤陀螺在全温度(-40～+65℃)范围内的性能保持一致,采用了控制光源以稳定光功率和波长,以及对集成光器件进行温度补偿两种技术措施。试验结果表明,研制的光纤陀螺在全温度范围内,标度因数和零偏的温度灵敏度分别小于2×10-5℃-1、0.008(°)/(h·℃),达到了中等精度光纤陀螺的要求。     

改进布谷鸟搜索算法优化支持向量机的MEMS陀螺温度零偏补偿

针对微机械陀螺零偏受温度影响较大的问题,提出一种改进布谷鸟搜索算法(CS)和支持向量机(SVM)相结合的陀螺零偏温度补偿方法。首先,将平滑处理后的陀螺数据作为样本点,采用基于径向基核函数的支持向量机方法构建漂移模型,把数据从低维空间映射到高维空间进行线性拟合。然后,利用改进布谷鸟算法对支持向量机的惩罚参数、核函数参数以及不敏感系数进行优化,避免了人为选择参数的盲目性且提高了建立模型的精度。实验结果表明：经CS调节支持向量机算法补偿后,陀螺输出精度更高。与最小二乘分段拟合方法、BP神经网络方法相比,陀螺输出数据方差分别平均减小了63.2%、43.4%,最大误差分别平均减小71.63%、48.3%。     

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。     

全光纤陀螺信号处理技术研究

采用数字、模拟混合信号处理方法，模拟信号处理主要针对光源驱动、相位调制器(PZT)的控制、相位跟踪、探测器信号的滤波和解调进行，数字信号处理器(DsP)根据模拟解调信号进行Sagnac相移计算、相敏参考信号自动选择，以及大小量程分档控制。此方法可有效发挥模拟、数字信号处理的优点，提高光纤陀螺的总体性能。     

高精度光纤陀螺过采样技术分析与应用

数字闭环光纤陀螺中，采用AD转换器将模拟信号转换为数字信号，AD转换中的量化噪声将直接影响光纤陀螺的零漂指标。过采样是一种降低量化噪声的技术，过采样过程将噪声功率平均分布到以采样频率为截止频率的频带内，有效降低了直流到奈氏频率中的噪声功率。本文对高精度光纤陀螺中的噪声特征进行分析，针对高精度光纤陀螺中噪声低的特点，设计了适用于高精度光纤陀螺的过采样方案，为解决由于噪声低带来的均值误差，该方案在被测信号中叠加了正态分布的噪声。通过在陀螺中进行实验，证明设计的采样方案对于降低陀螺的零漂性能是有效的。     

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。     

光纤陀螺的最新进展

介绍了光纤陀螺 (FOG)的基本原理 ,以及国内外光纤陀螺的最新发展情况。分析了目前普遍采用的几种光纤陀螺技术方案并对光纤陀螺的未来发展状况作了展望     

超低温环境下光纤布里渊频移特性研究

针对高温差和超低温广泛存在的空间环境,了解航天器材料及结构的热应变稳定性对于保障航天环境模拟地面试验的可靠性具有重要意义。布里渊光时域分析（BOTDA）技术能够同时检测温度和应变,且具有高精度、长传感距离、抗电磁干扰及低成本等优势,但作为传感元件的光纤能否适应空间冷黑环境还未可知。文章首先利用BOTDA解调仪获取了2种典型标准单模光纤在超低温下的布里渊增益谱（BGS）,然后通过实验数据分析光纤的超低温性能,最终标定了2种光纤的温度和应变系数。结果表明,受试光纤在超低温下仍能形成洛伦兹形状的BGS,且实际频移量与低温对应的理论频移量一致,满足超低温空间环境下BOTDA传感器的测温范围要求。     

星载光纤陀螺三轴组合热仿真研究

研究的目的是分析和优化光纤陀螺三轴组合的热设计方案。从光纤陀螺三轴组合内部热源出发，使用FLOTHERM软件建立了主电路板仿真模型，进行分析解算，得到了主电路板在室温条件下达到稳定状态的温度云图，并与红外热扫描结果加以分析比较，验证了所建模型的正确性。在此基础上，对光纤陀螺三轴组合温度场进行了仿真分析，发现了电路板过热和光纤环温度分布不均匀等问题，提出了改进措施，仿真结果表明，新的设计方案解决了以上问题。     

CVI沉积炭纤维束的组织结构

采用CVI工艺在常压下对单束炭纤维进行热解沉积,天然气为前驱体,N2为载气,沉积温度为1 020～1 100℃,沿纤维束轴向分布。对不同位置炭纤维束外和束内热解炭组织结构分别进行PLM表征。研究发现,束外热解炭在距离热电偶(0位置)上方40～80 mm处沉积厚度达到最大,在0～80 mm内组织结构良好,主体为高织构;束内沉积热解炭的厚度较均匀,组织结构的变化与束外一致。对气体裂解过程中的反应气体组分进行模拟并与实验对比,发现生成高织构时,热解反应中间产物中的C2H2/C6H6范围为15～35。     

小波分析在光纤陀螺信号滤波中的应用研究

介绍了小波分析的理论及小波变换快速算法，给出了光纤陀螺漂移的数学模型，阐明了小波分析在陀螺信号滤波中的应用方法，并通过实验证明了该方法的有效性，为消除陀螺漂移及基座动态干扰提供了一个新的途径。