集成光学相位调制器相位漂移补偿方法研究

铌酸锂集成光学相位调制器是数字闭环光纤陀螺的核心器件.其半波电压随温度的变化和调制解调电路反馈通道增益的变化直接影响相位调制器调制特性,产生相位漂移,从而影响了标度因数的稳定性.为了补偿相位调制器的相位漂移,提高标度因数的稳定性,提出引入了第2反馈回路的四状态偏置调制方法,给出了偏置调制方程,并分析了偏置相位的选择对系统信噪比的影响.对采用四状态调制的光纤陀螺进行测试,所得标度因数稳定性比单闭环方波调制方案提高了近一倍.结果证明,该方法对光纤陀螺标度因数稳定性的提高是有效的,具有重要意义.     

复用双轴光纤陀螺仪

为了降低光纤陀螺的成本,提出一种采用时分复用方法的干涉型双轴光纤陀螺仪方案.通过在单轴光纤陀螺结构中增加2个耦合器和1个光纤环,得到复用双轴光纤陀螺的结构.由于不同长度光纤环的渡越时间不同,在合理设计2个光纤环长度比的条件下可应用时延差分调制方法,可以从调制周期中不同阶段的干涉强度信号中分别得到2个轴的角速率信息.基于上述方案制作了实验样机,对系统的功能和静态性能进行验证测试,结果表明:该方案样机角度随机游走优于0.05°/h1/2,零偏稳定性优于0.85°/h.此双轴系统将每轴角速率的成本约降低了原来的50%.     

多频锁模脉冲激光器稳定性分析

光纤激光器中增益物质提供的增益大小,会影响激光器脉冲的稳定性.当增益过低时,调制不稳定性的增长率为正,噪声被放大,模式会不稳定;当激光器增益足够高时,调制不稳定性增长率为负,就能抑制调制不稳定性的产生,实现脉冲的稳定.该文对薛定谔光纤传输方程进行线性化分析,并通过数值模拟,求出调制不稳定性增长率,解析地推导了增长率与脉冲激光器增益之间的关系.对连续的平面波情况,线性增益过小,则增长率为正;增益大于某个门限值则增长率为负,且能够抑制调制不稳定性的产生,得到稳态的平面波.对具有双曲正割脉冲解的情况,也得到同样的结论,表明了线性增益高于某个门限值时,就能抑制调制不稳定性的产生,从而实现了光纤激光器的锁模.     

比特交织空时编码调制分集研究

提出了比特交织空时编码调制分集方案,给出了调制分集的实现方法和获得最大分集增益的星座最优旋转角,分析了调制分集对比特交织空时编码调制迭代译码（BI-STCM-ID）系统性能的影响,得到了引入调制分集后系统的解码比特度量以及成对差错概率的解析表达式.　理论分析和仿真结果表明,调制分集极大地改善了BI-STCM-ID系统在Rayleigh信道下的性能,同时,空时分集与调制分集的结合,对改善快衰落信道和慢衰落信道的性能具有相互补充的效果.     

TD-SCDMA HSDPA中使用比特重排的HARQ性能

分析了高阶调制不同层次比特可靠性的差异,论证了在高阶调制重传中使用比特重排的意义,并根据各个层次比特可靠性设计了HARQ比特重排方案,该重排方案能够均衡各个层次比特的可靠性,然后综合分析了不同HARQ类型和比特重排组合在TD-SCDMA HSDPA中的重传性能.仿真结果表明,对于HARQ类型I,比特重排有很大的性能增益,而对于HARQ类型II,比特重排没有增益,而且,调制阶次越高,编码速率越高,比特重排增益越大.     

反射式光纤传感器光纤对强度调制特性分析

针对反射式光强调制型光纤传感器的一般实际应用,基于MATLAB采用教值仿真的方法,系统地分析了光纤对轴间距、光纤芯径和光纤数值孔径以及反射面曲率半径对光强调制特性的影响,并逐一总结了这些参量对传感器调制特性的影响规律,从而为该类型传感器的设计提供了理论依据.     

消偏型光纤陀螺的原理及应用分析

干涉型光纤陀螺是通过光纤环的Sagnac效应来敏感外部的旋转角速度,在实际的光纤陀螺系统中,Sagnac效应十分微弱,光波偏振态的随机变化引起陀螺的输出漂移和标度因数的不稳定性,从而影响陀螺的性能,采用光学消偏方法可以减小偏振态对光纤陀螺性能的影响.运用琼斯矩阵分析Lyot光纤消偏器的原理及输入输出端口的互易性,探讨Lyot消偏器的结构参数,结合系统中光信号的特点分析了消偏器对光纤陀螺的影响,并探讨了消偏型光纤陀螺的最优结构.消偏光纤陀螺的测试采样输出数据维持在36.5～37.9,整体来看输出平稳,噪声得到了明显的抑制,从而验证了消偏光纤陀螺的原理及其结构设计的可行性.     

基于光纤中非线性效应的全光逻辑"与门"和"异或门"研究

提出了一种基于高非线性光纤(HNLF)中交叉相位调制(XPM)效应实现全光逻辑"与门"和"异或门"的方案,建立了理论模型,描述了实验方案,实现了10 Gb/s的全光逻辑"与"和"异或"运算功能,对结果进行了讨论和分析.研究表明:该方案性能稳定、结构简单、容易实现,仿真结果与理论分析结果相符合.但在正确的波形旁边,会出现多余的小峰,因此提出了一种基于光纤中自相位调制(SPM)效应的改进方案,抑制了小峰,优化了系统性能,并分析了逻辑运算结果与信号速率和消光比之间的关系.     

光纤陀螺在动态自主定向系统中的应用

本文基于采用对地球自转角速率的北向分量在光纤陀螺上的输出进行正弦调制的办法,提出了一种新型的非机械陀螺定向系统.该系统通过对光纤陀螺的正弦输出信号进行数据采样及处理,利用最小二乘算法对正弦输出信号进行参数估计,计算出角速率输出的初始相位,从而确定出地球表面被测点子午面的真北方向,即系统的基准方位.同时,通过与光纤陀螺对称放置的加速度计可以测量出台面倾斜误差,可对光纤陀螺的数据输出量进行补偿,大大提高了系统的定向精度.该系统尤其适合军事领域应用的需要.     

光纤陀螺用Y分支集成光学调制器的研究

介绍了光纤陀螺的工作原理,依据与惯性空间作相对转动导致的Sagnac效应,对光纤陀螺的关键器件即集成光学调制器进行了分析;运用导出的基本公式,对研制光纤陀螺普遍采用的铌酸锂Y分支集成电光波导调制器的驱动电压和调制带宽参数进行了计算,计算结果为该调制器的设计提供了可靠数据。     

光纤陀螺数字闭环检测方案中D/A、A/D的配置及数字滤波问题的研究

研究了方波偏量、阶梯波反馈控制的光纤陀螺数字式闭环检测方案，重点是应用测量原理，对如何合理确定D／A、A／D的位数与“位权”问题进行了深入的理论分析，提出了自己的见解。通过对系统的非线性指标和系统允许的最大角加速度的分析来确定D／A的位数；通过对光纤陀螺输出的方波信号的幅度和信噪比的分析来确定A／D的位数。分析研究的结果对这种检测方案的优化有重要参考价值。     

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。     

PSoC的多路陀螺输出脉冲计数系统设计

针对陀螺计数系统中计数范围窄、精度低、计数设备复杂等问题,提出了基于PSoC的陀螺输出脉冲计数系统.本系统以PSoC芯片CY8C29666-24PVXI为核心,采用无缝轮询计数法,通过对该芯片中的定时器、计数器、串行外围主设备等用户模块的配置,运用C语言,完成了对陀螺脉冲输出每5 ms一次的数据采集和存储,最终通过LCD对1 s数据进行实时显示.本系统同步实现了6路陀螺输出脉冲的计数,计数范围为0.1 Hz～2 MHz,误差小于1.0×10-4,满足了实际测试要求.     

光纤陀螺信号的小波滤波方法研究

在定义了光纤陀螺零偏和零漂基础上,分析了几种小波消噪算法的特点,对光纤陀螺信号进行了处理,并根据不同小波基滤波的效果,提出了一种较适合工程实际的滤波方法,同时和自适应滤波结果相比较．结果表明,采用小波滤波优于自适应滤波,而且Hair小波基的效果也优于Db4小波基．     

光纤陀螺随机游走优化技术

针对高精度应用中光纤陀螺输出随机游走限制系统性能的问题, 通过选择合适的偏置相位,对光纤陀螺随机游走进行了优化.选取一组偏置相位序列,采集该组偏置相位序列下光纤陀螺系统的探测器输出,根据电子加性噪声、散粒噪声和光源相对强度噪声等影响光纤陀螺输出随机游走的主要噪声源的噪声特性,通过拟合方法实现3种噪声源的分离,结合理论推导得到最佳偏置相位和最佳噪声抑制比,从而使系统输出的随机游走系数最小.对光纤陀螺系统在最佳偏置相位和常规偏置相位处分别进行静态测试,测试结果表明：采用最佳偏置相位可将光纤陀螺的随机游走系数降低约50%,符合理论分析和计算结果.提出的光纤陀螺最佳偏置相位的拟合测试方法能获得与系统匹配的最佳偏置相位,满足工程实践的需要.     

减小光纤陀螺零偏的温度补偿研究

在对光纤陀螺仪获取大量的实验数据的基础上,针对光纤陀螺仪的零值偏移,利用最小二乘法建立一种温度补偿模型。利用该模型对新测的实验数据进行了补偿。补偿结果表明:光纤陀螺仪经该模型补偿之后,零偏基本上减小了一个数量级,并进一步提高了零偏稳定性,补偿效果明显。     

一种适用于OFDM系统的自适应AGC改进方法

动态环境下,光纤陀螺的噪声更加难于处理并且是制约光纤捷联惯导精度的重要因素。针对光纤陀螺动态信号的复杂特性难以准确估计,提出一种利用广义交叉验证对信号的小波分解层分层确定阈值的方法。在信号先验统计特性未知的情况下,利用广义交叉验证原理,该方法能够识别信号和噪声所在的小波分解层,从而分层自适应给出合理阈值。对模拟数据和动态信号仿真算例的分析表明,该方法可有效解决在动态条件下抑制光纤陀螺噪声与保留高频信号的矛盾,提高光纤陀螺动态信号处理的精度。     

数字滤波在光纤陀螺信号处理中的应用

针对光纤陀螺（FOG）输出信号存在的角度随机游走、偏值不稳定性、速率随机游走和量化噪声等问题,采用了有限冲激响应滤波器、小波变换阈值滤波器和小波包变换滤波器分别对FOG输出信号进行滤波。利用Allan方差法得到了滤波后FOG信号各误差源的幅度,然后与原输出幅度对比。实验结果表明,这3种滤波方法均具有一定的可行性。其中,小波变换阈值滤波法既可以得到很好的滤波效果,又能有效降低滤波的计算复杂度,为FOG信号处理提供了一定的参考价值。