测地激光陀螺反射镜法向位移影响分析

测地激光陀螺是一种基于Sagnac效应的测量地球自转角速度的惯性传感装置,可应用于世界时、大地测量学等领域。激光陀螺一般由压电陶瓷控制推移反射镜来提高稳频精度。针对稳频机构工作过程中球面反射镜的法向位移对谐振腔的影响,从环腔稳定性定义出发,不同于传统的光学矩阵分析谐振腔稳定性,而是使用更真实的射线追踪仿真对球面反射镜法向位移时谐振腔的出光稳定性进行分析。仿真结果表明,环腔的尺寸与球面反射镜的法向可位移范围呈正相关,实验测得可位移范围为1.492~1.695 mm左右,实验与仿真结果误差在1%内。本文对测地激光陀螺在稳频机构工作过程中的球面反射镜法向位移的影响进行了初步探究,研究结果对于测地激光陀螺的稳频控制及陀螺搭建有一定参考意义。     

基于温度变化的测地激光陀螺相对误差分析

大型测地激光陀螺是一种基于Sagnac效应的惯性传感器,能够精确监测地球自转角速度,在世界时、地震波检测以及基础物理等领域都有很好的应用前景。测地激光陀螺对环境温度的变化较为敏感,温度变化使测地激光陀螺的腔长发生改变,进而引起尺度因子的改变,最终影响到测地激光陀螺仪的测试精度。本文通过对测地激光陀螺的不同工作环境进行温度测试,当温度变化并且热源位置不同时,分析并讨论了测地激光陀螺的相对误差。当温度变化最大时,分析了激光陀螺环形腔材料使用量与相对误差的关系。结果表明：当实验室的温度变化最大时,蒲城实验室的工作环境优于临潼实验室的工作环境,不同构型测地激光陀螺相对误差的范围在10^-6—10^-9。当测地激光陀螺仪中微晶玻璃的使用量增加时,相对误差减小。     

基于角加速率的MEMS陀螺仪快速标定方法

微机电系统(MEMS)陀螺仪的非线性误差是影响陀螺仪测量精度的主要因素之一。针对角速率标定法难以获得陀螺仪连续输出的问题。该文提出了一种角加速率标定实验方案,介绍了用二次标定方法解算出陀螺仪的零位误差系数、刻度因子、交叉耦合系数及非线性误差项的具体步骤。与常规补偿模型算法比较表明,此方法可快速标定陀螺仪的误差参数,补偿后的MEMS陀螺仪绝对误差小于0.084(°)/s,线性度提高了1~2个数量级。     

车载光电经纬仪的测量误差修正

为了降低载车平台变形对经纬仪测角精度的影响,补偿较大变形产生的测角误差,实现活动站测量,分析了平台变形对光电经纬仪测角误差影响的基本原理,利用一套激光自准直式的非接触测量装置测量出因平台变形而导致的经纬仪方位旋转轴线的倾斜角及倾斜方向,通过时统终端与经纬仪望远系统同时记录测角数据及倾斜数据,从而对测角误差进行修正。该方法精度高、实时性强,能够补偿±0.7°范围内平台变形而带来的测角误差,测量装置误差在20″内。为实现高精度车载光电测量提供了一种有效的途径。     

环境对大型激光陀螺仪的影响研究综述

基于萨格纳克效应的大型激光陀螺仪被认为是精确监测地球自转的合适传感器,可用于潜在的地面科学研究和重大工程应用,如世界时UT1精密测量,地球固体潮观测、旋转地震波探测、广义相对论预言引力磁效应等领域。激光陀螺的灵敏度随环形腔尺寸增大而提高,其运行的长期稳定性受环境变化的影响。本文从激光陀螺仪工作原理出发,梳理了温度、倾斜、气压和风等环境变化对大型激光陀螺仪灵敏度和稳定度的影响,分析说明监测环境因素变化对其输出的萨格纳克频差修正和处置方法,为提高大型激光陀螺仪应用性能提供相关指导。     

空间型Raman脉冲冷原子陀螺仪的绝对角速度测量

介绍了图解法分析冷原子干涉仪的基本原理,建立了空间型Raman脉冲冷原子陀螺仪的理论模型。通过对冷原子干涉仪近似数学模型的变换,研究了原子初速度与跃迁概率之间的关系,阐述了基于辅助角速度测量的原子速度扫描法测量原理。在原子干涉仪精确模型的基础上,利用Raman激光频率调制对多普勒效应进行补偿,并利用相位调制进行修正以满足原子速度扫描法中的相位关系。数值仿真计算结果表明,在辅助角速度测量量程内,经过补偿修正后的原子速度扫描法能实现对绝对角速度的高精度测量。     

一种手持式电子磁罗盘航向误差校正方法

针对传统的磁罗盘补偿方法计算量大、需要标定设备的问题,提出了一种利用陀螺仪相对航向辅助校准的方法。在分析磁罗盘误差的基础上建立了误差模型,采用梯度下降法解出姿态信息对磁场数据进行倾斜补偿,在陀螺仪相对航向角的辅助下,采用最小二乘法拟合经过倾斜补偿后的磁场数据求解出误差模型的系数。实验数据表明,该算法能够有效的对磁罗盘误差进行补偿,可以将磁罗盘的航向角测量误差控制在1°之内。     

基于半参数回归模型的微陀螺仪温度补偿技术

设计了一种基于半参数回归模型的微陀螺仪温度补偿方法.针对微陀螺仪启动时受温度变化影响明显、角速度输出误差较大的问题,提出对于温度的补偿不仅要考虑趋势项,而且要估计模型误差.建立了温度补偿的半参数回归模型,采用补偿最小二乘进行求解.实验结果表明,对于某型微陀螺仪采用温度补偿的半参数回归模型是可行且有效的,相对于常规的多项式拟合方法,补偿后的信号噪声降低了1个数量级,优于0.005 (°)/s,从而有效缩短了陀螺仪启动稳定时间.     

基于单轴光纤陀螺的单兵高精度寻北测角方法研究

光纤陀螺基于Sagnac效应测量角速度,其受外界环境的干扰很小且具有很好的自主性,因此,基于光纤陀螺的寻北测角系统在军事领域得到了一系列应用。为了满足单兵寻北测角的小型化、快速性的使用要求,研究了基于单轴光纤陀螺的单兵高精度寻北测角装置在倾斜摆放下的自动、快速寻北测角方法。在装置测量过程中可能存在干扰,进而影响寻北测角精度,通过研究装置在寻北测角过程中传感器的输出特征,并对干扰进行识别和处理,得到了高精度的寻北测角信息。最后通过试验对比和分析,验证了倾斜条件下干扰的识别与处理方法的有效性,满足单兵侦察时高精度寻北测角的需求。     

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。     

核磁共振陀螺横向补偿磁场优化设计

核磁共振陀螺作为目前世界上体积最小的导航级陀螺,已受到国内外的广泛重视。核磁共振陀螺通过检测磁场中原子核自旋进动频率的改变确定载体角速度,其陀螺精度与磁场的均匀性、稳定性密切相关。导航级核磁共振陀螺需要飞特级磁场环境,高效磁屏蔽一般仅能完成5～6个数量级的磁抑制,还需进行主动磁补偿。该文从核磁共振陀螺磁场分布的理论分析出发,通过数学计算和计算机仿真,分析和研究了横向磁补偿系统的磁场分布,并对横向磁补偿线圈进行了优化设计。设计的核磁共振陀螺横向磁补偿系统磁场均匀性较优化前提高约13倍,满足了核磁共振陀螺的使用需求。该工作为核磁共振陀螺仪设计和制造提供了一定的理论依据和参考价值。     

一种基于双轴位置转台的现场标定方法

针对激光陀螺捷联惯性测量单元(LSIMU)的系数会随时间变化的问题,基于双轴位置转台提出一种激光陀螺的现场标定新方法。该方法在3个位置对激光陀螺进行标定,根据其标定模型建立9个方程,通过正反旋转消除地球自转角速度在非转动轴上的影响,以及常值漂移在各个输出轴上的影响,最后求解出激光陀螺的标度因数和安装误差。实验结果表明,该方法可在缺乏高精度速率转台的条件下完成激光陀螺的标定,其精度与传统实验方法精度相当,缩短了标定时间。     

谐振式光学陀螺锁频偏差的消除方法研究

谐振式光学陀螺系统需要使用激光器跟踪锁定谐振频率进行角速度检测,但其所用的半导体激光器存在光功率波动问题,受到相位调制器残余强度调制的影响,会使系统的解调曲线中心点发生偏移,导致陀螺系统出现锁定偏差,输出路形成长期漂移,该文对此进行了仿真分析与实验测试,并通过标定光功率与解调曲线中心点的方式得到两者线性关系,实时检测光功率补偿陀螺系统锁频点,消除光功率波动引起的陀螺输出误差,在本方案下陀螺系统的零偏稳定性测试为80 (°)/h,且输出路无漂移现象,能够提升陀螺系统的长期工作稳定性。     

大型激光陀螺仪的研究进展

基于Sagnac效应的大型激光陀螺仪是测量地球参数的核心设备.与小型的惯性导航陀螺仪相比,大型激光陀螺将转速测量的灵敏度和稳定性提高了6个数量级,性能提升使大型激光陀螺仪在地球物理、大地测量和地震学领域的全新应用成为可能.本文介绍的大型激光陀螺仪是目前用于研究地球参数(Earth Orientation Paramet...     

旋转式硅微机械陀螺的研究

分析了旋转式硅微机械陀螺的工作原理,建立了该陀螺的数学模型,设计了其敏感结构,计算了陀螺振动元件三个轴向的转动惯量、弹性支撑梁扭转刚度、振动元件角振动阻尼系数等动力学参数,计算分析了陀螺的电容敏感特性。对制作的陀螺进行性能测试的结果表明,该陀螺利用旋转载体自身的旋转角速度作为驱动,从而说明敏感载体的俯仰(或横滚)角速度原理正确,并且理论和试验都说明,当载体自旋角速度不同时,陀螺输出信号的比例系数也不同。     

采用萨尼亚克环的外腔半导体激光器无调制稳频技术

提出了一种基于相位差偏置萨尼亚克环的新型外腔半导体激光（ECDL）无调制稳频方法,采用偏振分束器（PBS）作为萨尼亚克环的输入及输出端,并利用1/4波片在环内沿相反方向传播的偏振方向互相垂直的两束光之间引入/2的相位差（）,萨尼亚克环的输出光经过起偏器可以分解得到由Rb的饱和吸收峰引起的色散相移,通过这种方法可以得到适合稳频的误差信号。相比现有的利用全内反射引入相位差（sin=0.64）的方法,色散信号放大系数sin的值可达到理论最大值,有效地提高了误差信号的强度,这种方法简单、稳健,且在原子物理实验等方面具有潜在应用。     

Differential singlemode fibre frequency-modulated continuous-wave Sagnac gyroscope

A differential singlemode fibre frequency-modulated continuous-wave Sagnac gyroscope is described. The gyroscope employs two Y-type fibre-optic directional couplers, two X-type fibre-optic directional couplers and a singlemode fibre coil to construct a time-division-multiplexed unbalanced fibre-optic Sagnac interferometer. The rotation velocity of the fibre coil is determined by measuring the phase difference between the two beat signals. Benefiting from the differential technique, this gyroscope can automatically eliminate the unexpected non-reciprocal phase drift (including the frequency drift of the light source) so that the accuracy and long-term stability can be significantly improved.     

采用数字相位跟踪的光纤陀螺解调方案设计

干涉型光纤陀螺仪是一种基于Sagnac效应测量物体相对于惯性空间旋转角速度的光纤传感器。提出了一种采用数字相位跟踪的方式对光纤陀螺进行信号解调的方案,通过产生一个相位来跟踪旋转产生的Sagnac相移,从而解调出旋转角速度。数字相位跟踪采用坐标旋转数字计算机(CORDIC)算法实现,占用逻辑资源少且运算速度快。经过在光纤陀螺的数字信号处理系统中进行实验验证,设计的解调方案可以对200°/s以下的转速进行有效解调,标度因数非线性度为1200 ppm,零偏稳定性为0.027°/h。     

空间用光纤陀螺辐射诱导磁场误差变化机理研究

干涉式光纤陀螺在空间环境下受粒子辐射、电磁场等多种物理场共同影响,使角速度输出误差劣化。文章通过分析光纤陀螺磁场误差主要来源,推导了光纤陀螺磁场误差模型。基于磁场误差模型探究辐射对磁场误差相关参数的影响,建立辐射诱导磁场误差变化理论模型。在此基础上,通过影响机理分析和实验验证,确定辐射主要通过影响维尔德常数和光纤应力双折射进而影响光纤陀螺输出零偏。进一步地,通过搭建小型化光纤陀螺样机,对保偏光纤环进行辐射处理并进行了相应磁场误差测试。测试结果表明,光纤陀螺磁场误差随辐射总剂量发生变化,其变化规律符合辐射诱导磁场误差变化模型。     

Birefringent fibre frequency-modulated continuous-wave Sagnac gyroscope

A birefringent fibre Sagnac gyroscope is described, which is based on the principle of optical frequency-modulated continuous-wave interference and primarily consists of a single-longitudinal-mode frequency-modulated laser diode and a birefringent fibre coil. The rotation velocity of the fibre coil can be determined simultaneously by detecting the phase shift of the beat signal produced by two counter propagating laser beams in the birefringent fibre coil. A resolution of 0.02/spl deg//s with a 100 m fibre coil has been observed. The advantages and limitation of the gyroscope are discussed.