干涉式光纤陀螺跨条纹工作误差研究

在干涉式光纤陀螺中,当调制信号超出限制并进行2π复位时,调制信号输入的调制量与输入角速度间出现了2π的相位差,这使实际的干涉相位出现左移或右移2π,即跨条纹工作。在光纤陀螺闭环系统中,跨条纹工作产生的误差体现在随机游走系数和非线性度上。该文通过优化调制方案建立跨条纹误差抵消机制,可使跨条纹产生的误差互相抵消,从而提高光纤陀螺的非线性度和随机游走系数。经过仿真和实验表明该方法有效。     

开环光纤陀螺的光源强度噪声抑制方法研究

光纤陀螺系统中的宽带光源会产生光源相对强度噪声,要提高陀螺性能就必须对其加以抑制.由于开环光纤陀螺使用正弦波调制,相对强度噪声不能直接由陀螺信号相减消除.针对基于正弦波调制的开环光纤陀螺系统信号差分电路放大的特点,设计了一种实现强度噪声抑制的新算法.经实验验证,该算法有效,可使开环光纤陀螺的随机游走减小18%.     

基于锯齿波调制的光纤陀螺本征频率跟踪测量

为了实现快速且高精度的光纤陀螺(FOG)本征频率跟踪测量,提出了一种基于锯齿波调制的本征频率跟踪方法。根据基于偶数倍本征频率锯齿波调制的光纤陀螺本征频率测量理论,对相位调制器施加接近偶数倍本征频率的锯齿波调制信号,然后对光波进行相位调制,解调得出的误差信号强度反映锯齿波调制频率偏离偶数倍本征频率的程度。根据误差信号的强度调节锯齿波调制信号的频率,使误差信号为零,此时锯齿波信号的频率等于本征频率的偶数倍且方波偏置调制准确地处于本征频率上。实验结果表明,该方法可以实现光纤陀螺本征频率的跟踪。与传统测量方法相比,该方法具有快速、高精度等优点,测量的精度优于1Hz。     

二倍频调制对开环光纤陀螺工作特性的影响

开环光纤陀螺(FOG)常使用压电陶瓷(PZT)实现非互易性相位偏置,但相位调制中的非线性会造成工作点不稳定和Sagnac相位解调误差。本文对PZT二倍频调制和相位延迟导致的寄生调制信号进行了理论分析,进而提出在小角度Sagnac相移输入时利用二、四次谐波监控工作点,在Sagnac相移逐渐变大时利用一、三次谐波监控工作点;同时对比了相位延迟角为0°和90°所引起的工作点不稳定,采用较大相位延迟角可将工作点绝对误差降低到10-5水平,相位解调误差降低到10-5rad水平。     

光纤陀螺抑制过调制串扰的多态方波调制方法

光纤陀螺方波调制信号引起的调制串扰会导致陀螺输出信号的不稳定,恶化阈值、标度非线性等指标。过调制技术是采用增大调制相位来抑制噪声的一种方法,根据过调制串扰的相关解调原理和模型,推导出含过调制串扰的陀螺输出表达式,指出过调制相位是影响串扰量的重要因素。针对增大过调制相位引起串扰量增加的问题,提出一种抑制过调制串扰的多态方波调制方法,利用响应余弦函数的周期性和调制波形的重复性,产生统计上相关性很小的调制信号和解调信号,在一定的延迟时间下,调制信号及串扰信号与解调信号的相关结果为0,在相关解调过程中减小串扰量。仿真和实验结果表明,该调制方法对串扰信号的抑制作用相比方波过调制提高一个数量级,陀螺的零偏稳定性和阈值指标相比方波过调制改善约40%。     

谐振式微光学陀螺中相位调制非线性研究

通过在相位调制器上施加线性变化的调制信号来实现对光波频率的方波调制是目前谐振式微光学陀螺(RMOG)中普遍采用的调制方法。而实现理想的方波频率调制要求完全线性的调制波形,极大地增加了系统实现难度。研究了调制曲线非线性对谐振腔输出的影响,仿真计算了具有二阶和三阶非线性误差的调制曲线引起的谐振曲线偏移和畸变。分析了解调输出误差与调制曲线非线性度的关系。通过搭建RMOG实验系统,测试了实际产生三角波调制信号的高阶非线性系数以及陀螺输出的标度因数。实验验证了理论分析计算方法的正确性以及采用模拟三角波产生方法改善微光学陀螺中相位调制非线性的可行性。     

再人式光纤陀螺信号检测方法

文章提出了一种针对再入式光纤陀螺(Re-FOG)的信号检测方法,采用正负交替变化的脉冲波调制,使不同循环圈数干涉信号得到不同的相位调制,从而分离出所需圈数的干涉信号并解算出转速。实验测试了陀螺样机,分离了第一圈和第二圈干涉信号并由此测量到转速。实验结果表明:所提出的信号检测方法能够有效地测出陀螺转速;所研制的光纤陀螺的零偏稳定性优于4°/h。     

数字调制谐振式光纤陀螺中阶梯波复位误差的分析

谐振式光纤陀螺(R-FOG)是采用环形谐振腔来增强Sagnac效应的，其检测方案可以分为开环和闭环，在电路实现上，根据相位调制器控制信号的不同，又分为模拟调制和数字调制。相比而言，其数字闭环检测方案具有动态范围大、灵敏度高的特点。在数字调制的谐振式光纤陀螺中，其阶梯波的复位高度V2π是否精确，会对旋转角速度的测量和标度因数的线性度产生影响。从理论上分析了不精确的复位高度V2π对系统的影响，指出不精确的V2π将使谐振腔中的交叉耦合电场和直通耦合电场之间不会形成最佳相消干涉，从而产生误差。利用探测器输出总电场的表达式，以双频率调制的谐振式光纤陀螺为例，对引入的误差作了定量的数值计算，最后给出了克服误差的几种方法。     

闭环光纤陀螺方波调制失真的影响与消除

数字闭环光纤陀螺仪测量角速度时,采用方波调制引起的各种失真会对输出结果产生影响。基于傅里叶级数建立包含失真噪声的闭环光纤陀螺方波调制、解调信号模型,对各种调制失真引起的输出误差进行了仿真分析,并提出一种双极型归零脉冲方波解调方法,用于消除方波调制闭环光纤陀螺仪的输出信号误差。仿真结果表明:采用常规方波解调时,调制信号的相位失真、方波脉宽失真、谐波失真以及梳状噪声脉冲对光纤陀螺仪输出有很大影响,测量角速度相对误差可达1%量级。采用双极型归零脉冲方波解调时,上述调制失真的影响都得到有效的减小,陀螺仪测量角速度相对误差只有0.1%量级,降低了一个数量级,说明文中提出的双极型归零脉冲方波解调方法对提高闭环陀螺的测量精度和稳定性有重要意义。     

谐振式光纤陀螺调相检测分析

谐振式光纤陀螺（R—FOG）是新一代惯性旋转传感器的代表。在陀螺系统中，信号检测系统占有非常重要的地位，其检测精度的大小直接影响陀螺的分辨率，而解调曲线的优化能够进一步提高检测系统的灵敏度。利用贝塞尔函数展开和光波场叠加的方法分析了谐振式光纤陀螺调相检测系统解调输出信号与谐振频率偏差之间的关系，系统采用的是带有铌酸锂相位调制器的相位谱检测技术。根据解调输出信号的解析表达式，通过数值计算，分析了解调曲线的变化规律，得到了施加在铌酸锂相位调制器上调制波形的最佳调制系数和相应的最佳调制频率范围，并进一步用实验系统验证了上述分析结果。     

调制相位差对TDLAS信噪比的影响

用可调谐二极管激光吸收光谱技术检测气体时,不同的调制相位差结果不同。为了提高谐波检测灵敏度,采用同时考虑频率调制与振幅调制的方法分析和提取二次谐波信号,推导了相位差与二次谐波信号光电流和残余幅度调制噪声光电流的函数关系表达式,通过模拟实验分别取得了二次谐波信号和残余幅度调制噪声随相位差的变化趋势,并重点分析了相位差对信噪比的影响。结果表明,振幅调整和频率调制之间的相位差对信噪比的影响很大,与典型值/2时相比,最大降幅为59.18%;调制相位差是继残余幅度调制之外,影响信噪比的一个重要因素。     

光纤陀螺仪调制相位的畸变误差特性分析

干涉型数字闭环光纤陀螺中,多功能集成光学芯片(IOC)是非常关键的器件,其主要作用之一是相位调制,用于产生π/2相位偏置及产生补偿外部Sagnac相移的相位.由于IOC接收到的电场调制信号频率较高,存在多次谐波并且易受外部辐射干扰,从而导致调制相位畸变,对光纤陀螺的零偏和漂移有很大的影响.为了减小IOC调制相位畸变特性对光纤陀螺性能的影响,从理论上探讨引起调制相位畸变的因素,针对不同的误差因素而采取相应的措施来抑制并隔离误差;通过采取各种措施改善方波、阶梯波的信号质量,使IOC输出的相位畸变程度达到最小.测试结果表明,光纤陀螺中优化之后的相位调制系统满足高精度数字闭环光纤陀螺的指标要求.

Abstract：

Multi-function integrated optical chip (IOC) is an important component in the close-loop interference fiber optic gyroscope(IFOG)system. One of the main functions of IOC is the modulation of phase which includes the bias of phase in creating π/2 square waves and Sagnac phase biased by ladder waves in IFOG. Because the modulation signal of the electric field sent to integral optical chip has the characteristic of high frequency, there exists multiple harmonic waves and it is easily disturbed by external eradiation which induces modulation phase distortion and has great effect on drift and zero-bias. In order to reduce the effect of phase distortion of the integrated optical chip on the performance of FOG, focusing on the factors causing different phase errors in IOC, corresponding measures are taken to suppress and isolate the errors, adopting all means to improve the signal quality of square waves and ladder waves, reducing the modulation phase distortion to the lowest extent. The experimental results show that the optimized phase modulation system can meet the requirements of high precision IFOG.     

频率-振幅调制相位差对TDLAS 2次谐波线型的影响

为了研究频率-振幅调制(FM-AM)间相位差对TDLAS 2次谐波信号及线型的影响,采用考虑残余振幅调制的波长调制光谱技术计算方法,推导出了考虑FM-AM相位差的2次谐波信号的理论计算公式,并模拟计算了FM-AM相位差对谐波信号线型造成的影响。结果表明,2次谐波信号正峰值、左右负峰值、基线值均随FM-AM相位差发生变化,而左右负峰的间距不受其影响,保持不变。该计算结果对TDLAS气体检测有重要的意义。     

波长调制光谱检测下限计算方法的研究

在基于波长调制光谱技术的大气痕量气体检测下限计算方法的研究中,全面准确地描述吸收信号及噪声的大小极为重要。为了探讨半导体二极管激光器在进行波长直接调制时伴随产生的残余振幅调制噪声对检测下限的影响,在理论推导中采用了一种同时考虑波长和振幅调制的二次谐波信号分析及提取方法,以二次谐波信号峰谷差值作为系统的检测信号,对可调谐二极管激光器吸收光谱检测系统的信噪比和检测下限进行了理论分析,取得了洛伦兹吸收线型条件下残余振幅调制噪声对系统信噪比和检测下限的影响的精确计算数据。结果表明,在吸收线的线宽较大的检测条件下,残余振幅调制噪声是影响检测下限的重要因素。     

Classification of linear and non-linear modulations using the Baum–Welch algorithm and MCMC methods

Satellite transmissions classically use constant amplitude linear modulation schemes, such as M-state phase shift keying (M-PSK), because of their high robustness to amplifier non-linearities. However, other modulation formats are interesting in a satellite transmission context. For instance, non-linear modulations such as Gaussian minimum shift keying (GMSK) present a higher spectral efficiency and appear in new standards for telemetry/telecommand satellite links. Another example is offset-QPSK (OQPSK) modulation that allows one to decrease the out-of-band interference due to band limiting and the non-linearity of the amplifier. To get a compromise between the robustness to amplifier non-linearities provided by MPSK modulation and the spectral efficiency given by QAM modulation, the recent broadcasting satellite standard (DVB-S2) proposes new modulation schemes called APSK. Obviously, all satellite systems that use various modulation schemes will have to co-exist. In this context, modulation recognition using the received communication signal is essential. In that context, this paper studies two Bayesian classifiers to recognize linear and non-linear modulations. These classifiers estimate the posterior probabilities of the received signal, given each possible modulation, and plug them into the optimal Bayes decision rule. Two algorithms are used for that purpose. The first one generates samples distributed according to the posterior distributions of the possible modulations using Markov chain Monte Carlo (MCMC) methods. The second algorithm estimates the posterior distribution of the possible modulations using the Baum–Welch (BW) algorithm. The performance of the resulting classifiers is assessed through several simulation results.     

再入式光纤陀螺信号检测方法

文章提出了一种针对再入式光纤陀螺(Re - FOG)的信号检测方法,采用正负交替变化的脉冲波调制,使不同循环圈数干涉信号得到不同的相位调制,从而分离出所需圈数的干涉信号并解算出转速。实验测试了陀螺样机,分离了第一圈和第二圈干涉信号并由此测量到转速。实验结果表明:所提出的信号检测方法能够有效地测出陀螺转速;所研制的光纤陀螺的零偏稳定性优于4°/h。     

剩余振幅调制对波长调制光谱信号线型的影响

在基于可调谐二极管激光吸收光谱技术的痕量气体检测中,波长直接调制时剩余振幅调制也会伴随发生,并对检测信号的线型和系统噪声产生严重影响。为了探讨剩余振幅调制对波长调制光谱二次谐波信号线型的影响,采用同时考虑振幅调制和波长调制两种影响因素的计算方法,理论分析出二次谐波信号的计算公式,与仅考虑波长调制的信号计算方式进行同条件线型计算比对,取得了二次谐波信号基线和正负峰值随剩余振幅调制的变化数据。结果表明,剩余振幅调制的大小对检测信号的线型和信号基线有直接影响,采用这种方法计算得出的二次谐波信号线型更贴近实际检测。