棱镜式激光陀螺稳频伺服系统优化分析

基于对某型棱镜式激光陀螺稳频伺服系统工作原理和该系统实际工作情况的分析,建立了该陀螺稳频过程的物理模型。采用有限元分析法模拟获得跳模控制过程中谐振腔温度梯度场分布随稳频控制时间的变化规律,进而推导出谐振腔纵模跳变次数与系统控制参数的关系,得到一组针对跳模控制的系统优化控制参数。通过衡量陀螺测角速度精度的方式,进行实验验证,实验结果与模拟结果一致性较好。该研究对保证这种激光陀螺稳频系统的稳定工作以及提高数字化稳频回路的控制精度有参考价值。     

基于调腔技术的棱镜式激光陀螺损耗控制

棱镜式环形谐振腔反射、折射点多。为了保证陀螺稳定工作,对棱镜各工作面的角度误差、塔差以及调腔提出了严格的要求。将子午面及弧矢面内棱镜的工作面角度误差、球面偏心等作为微扰项,修正光在棱镜表面反射和折射的传输矩阵。建立棱镜式环形谐振腔光束几何偏折损耗和光路空间非共面损耗的物理模型,利用修正后的传输矩阵分析了角度误差造成光束偏离设计位置的程度。设计了基于棱镜配套筛选、谐振腔损耗控制的调腔方法。实验证明,新调腔方法使环形谐振腔一次合格率由75%提高至90%以上。     

基于FPGA的双T选频网络的设计与实现

为提高棱镜式数字激光陀螺稳光程回路中相敏信号解调效率,将较窄的带宽内对信号幅度增益大、波动小的双T选频网络数字化应用到数字激光陀螺解调电路中,使用FPGA进行算法设计,得到带宽为2 Hz的带通滤波器。在数字激光陀螺中与ⅡR滤波器进行对比实验,经过实际系统验证,信噪比提升了200%。     

数字激光陀螺输出信号解调与实现

为了提高数字激光陀螺的精度,提取陀螺输出的有用信息,提出一种高速采样滤波法。先对输出信号高速采样,再进行IIR数字滤波的方法,可以有效提取载体实际的惯性角速率。将该方法使用VerilogHDL硬件描述语言实现,并下载到FPGA中进行试验。试验结果表明,效果良好。     

石英加速度计的高分辨率大量程I/F转换电路

针对石英挠性加速度计I/F转换电路存在高分辨率和大量程相互矛盾的问题,对影响I/F转换电路的分辨率和量程的主要原因进行了分析,提出了一种新型I/F转换电路的设计方法。该方法在电路结构上,额外增加2路比较器,对小电流信号的极性进行判断,通过设置时间内的积分电压是否达到门限电压来区分大、小电流,并对大、小电流分别执行不同的解算程序。结果表明：该方法解决了原有I/F转换电路存在的高分辨率和大量程相互矛盾的问题,提升了石英挠性加速度计I/F转换电路在小电流下的分辨率。     

棱镜式激光陀螺双纵模自偏频现象研究

棱镜式激光陀螺处在特殊的双纵模四频振荡状态下,陀螺可以无偏频地检测出地球自转角速度的天向分量,此时闭锁消失,陀螺处于自偏频状态。设计了基于气体密度和折射率控制的棱镜式环形谐振腔模态控制系统,在此基础上搭建自偏频实验平台。实验得出陀螺在自偏频状态下,两纵模的振荡频率位置处在增益曲线两侧,强、弱模式振荡强度之比约为1.4∶1.0等特点。根据激光半经典兰姆理论,建立了激光陀螺双纵模自偏频物理模型,进而推导得出弱模的频率推斥效应是产生自偏频效应的主要因素。此研究成果将为研制新体制自偏频激光陀螺提供参考。     

消除数字闭环光纤陀螺串扰的多态调制方法

针对数字闭环光纤陀螺中由串扰引起的死区问题,本文提出了一种新的在不同调制深度下消除串扰的多态调制方法。根据数字闭环光纤陀螺调制解调的原理,建立了调制序列与解调序列的相关函数,当该相关函数为零时,可以获得多态调制序列中φm与2π-φm的比例关系,从而获得了不同调制深度下消除串扰的多态调制方案。对不同调制深度下构造的多态调制方案进行实验测试,结果表明,本文提出的数字闭环光纤陀螺多态调制方案能消除由串扰引起的死区问题。     

全反射棱镜式激光陀螺双纵模稳频技术

针对全反射棱镜式激光陀螺在单纵模稳频条件下纵模调制信号存在盲区的现象,研究了全反射棱镜式激光陀螺双纵模稳频技术。理论分析了功率调谐曲线的特征,获得了双纵模条件下小抖动调制信号的幅度及相位特性,提出了双纵模稳频控制方案,通过软硬件电路设计,搭建了全反射棱镜式激光陀螺双纵模稳频控制系统。在定温和变温环境下,分别对单纵模稳频与双纵模稳频进行了实验测试。实验结果表明,与单纵模稳频控制方法相比,双纵模稳频技术在稳频精度上提高了60%,陀螺精度也得到了相应的提高。     

激光陀螺锁区影响因素分析

闭锁效应是激光陀螺的主要误差源。为了减小锁区阈值,本文基于激光陀螺的自洽方程组,推导了闭锁状态锁区阈值公式。通过MATLAB软件对三阶微扰下的lamb系数进行分析,研究了激光振荡频率、背向散射角和相对激发度对锁区阈值的影响。结果表明:腔长为0.28 m的激光陀螺,锁区阈值并不关于中心频率对称分布,也不严格随着背向散射角的增加而减小。在中心频率两侧各有一段频率范围,锁区阈值会随着背向散射角的增加而增大到极大值,然后随背向散射角的增加而减小,在另一频率范围,锁区阈值随着背向散射角的增加而减小到极小值,然后随背向散射角的增加而增大。经过比较分析,得到在频率参量为28.14 MHz、背向散射角为89°时,锁区阈值最小。通过增大激发度至1.5,能使锁区阈值减小至0.034°/h。