再入式光纤陀螺及其信号处理系统

光纤陀螺目前已经进入工程实用化阶段,其发展向高精度、低成本和小型化方向发展.再入式光纤陀螺是一种符合光纤陀螺发展趋势的,具有光明前景的新型光纤陀螺之一.本文介绍了再入式光纤陀螺的工作原理及其信号处理系统.给出了再入式光纤陀螺仪的信号处理系统试验结果.     

伪随机调制在全数字闭环光纤陀螺中的应用

伪随机调制信号的抗干扰能力强,获得同样的信号,对系统正常运行的干扰程度比其他测试信号低。光纤陀螺的输出信号微弱,背景噪声强,在频域随机分布,增加了信号处理的难度。结合伪随机调制的优势,在原有的数字闭环信号处理的基础上,提出了一种新的信号处理方案:伪随机调制解调方案,与数字闭环方案相互配合,有效提取环境因变量,反馈至系统使之实时做出补偿,提高陀螺稳定性。     

再入式光纤陀螺实用化技术研究

再入式光纤陀螺（Re—FOG）使相互干涉的两路光循环进入光纤环,通过缩短光纤长度克服温度和应力引起的误差。本文研究了再入武光纤陀螺实用化的相关技术;提出了一种采用脉冲相位调制的信号检测方法;设计了专门的数据通讯模块。实验结果表明：所提出的信号检测方法可分离出所需循环次数的信号并解算出陀螺转速;所设计的通讯模块能保证实现陀螺与导航计算机之间的快速、稳定、准确的数据传送。再入式光纤陀螺可成为实用化的新型光纤陀螺。     

全数字开环光纤陀螺调制信号的产生方法

开环光纤陀螺在工作时需要对其工作点进行控制,这就要求能够用数字的方法产生一个幅度可调的正弦波调制信号。首先对光纤陀螺调制信号的数学描述进行了分析,在此基础上提出了三种幅度可调调制信号的产生方法,即直接波表法、乘法调幅法、两级波表法,并分析了三种方法各自的优缺点。比较了用不同方法产生调制信号进行工作点控制的实验结果。在大多数情况下,两级波表法是较好的选择,它可在存储容量及计算资源都有限的情况下实现工作点的精确控制。     

应用于谐振式光学陀螺的数字低通滤波器设计

为了提高谐振式光学陀螺(Resonant optic gyro,ROG)数字检测系统的信噪比,消除解调曲线中的高频噪声,降低FPGA资源占有率,提出并设计了一种惯性数字低通滤波器.该滤波器能够满足ROG数字检测系统在40 MHz的高采样率下,低通截止频率连续,阶数可调,FPGA内部消耗资源少的要求.理论分析了惯性滤波器的函数模型,给出了该滤波器的数字实现过程,仿真并测试了截止频率为194.38 Hz,0.189Hz下的幅频和相频曲线.实验表明:设计的数字滤波器幅频、相频特性优良,FPGA资源占用率仅为0.09%,阶数及截止频率调节简便,满足了数字锁相放大器内低通滤波器的设计要求.     

光纤陀螺姿态系统信号处理方案

光纤陀螺输出信号中存在较大的高频噪声，这降低了光纤陀螺姿态系统的解算精度。为此对信号进行多重积分，求取一个计算周期内载体姿态变化的旋转矢量表达式，从而得到一种新的信号处理方法，并讨论了其工程实现方案。仿真表明，与传统四元数算法比较，该方法在解算系统姿态的同时，能够较好地平滑噪声的影响。     

光纤陀螺闭环方案研究与实验

在全光纤开环去偏光纤陀螺方案基础上,提出信号处理方法提高开环系统的动态范围和光学闭环的方案,对两个方案进行了原理和实验研究。测试结果表明,两种方案各能满足一定条件下的实用要求。     

调频光纤陀螺中的集成光学频移器

报道了一种在Ｙ一切铁扩散ＬｉＮｂＯ３平板光波导上制作的调频光纤陀螺用集成光学频移器。它由一对球面波导短程透镜和两个声表面波声光调制器组成。频移宽度为１０ＭＨｚ，调制器的中。Ｃ频率为１０７ＭＨｚ，驱动功率为２００ｍＷ。     

闭环光纤陀螺数字控制器的设计与仿真

数字闭环光纤陀螺可以看作一个数字控制系统,根据陀螺工作原理推导出系统离散传递函数。为消除稳态误差及改善零偏稳定性,数字控制器中加入积分环节和滑动平均滤波器,并引入PID 控制算法改善系统动态特性。根轨迹分析表明,控制器增益过大将引起系统不稳定。仿真结果显示,加入综合所得数字控制器,可以满足陀螺实际应用需要。     

全数字开环光纤陀螺工作点实时控制

工作点控制是实用型开环光纤陀螺必须解决的技术问题,为此提出了全数字开环光纤陀螺工作点控制方案。在不增加硬件的情况下,通过提取陀螺信号中的二、四次谐波幅值获得陀螺工作点信号,并作为控制输入量,调整调制信号的幅度,实现对陀螺工作点的实时控制。实验表明,该方案在宽温度范围内使陀螺工作点稳定性达到1.16×10-3,偏差为3.1×10-4,在-40℃到60℃范围内的启动时间小于10s。     

光纤陀螺刻度因子的建模方法

针对低精度光纤陀螺(FOG)刻度因子线性度较差的问题,提出了采用径向基函数(RBF)神经网络对刻度因子进行建模的方法,以减小光纤陀螺输出误差。通过测量数据对 RBF 神经网络进行训练,获得神经网络参数,根据神经网络结构和参数可以得到非线性刻度因子的解析表达式,将其作为刻度因子的模型,来提高 FOG 的精度。同时将 RBF 神经网络对刻度因子进行建模的结果与传统的建模结果进行了比较,验证了采用 RBF 神经网络对低精度刻度因子建模是非常有效的。     

数字闭环光纤陀螺输出滤波器设计

在数字闭环光纤陀螺中,数字输出信号由高抽样率的反馈信号抽取得到,为避免抽取过程中发生频域混迭,应加入输出滤波器对信号进行低通滤波。根据多抽样率数字信号理论,采用多级抽取滤波器的设计方法,为陀螺设计输出滤波器。和一级低通滤波器比较说明,所设计的三级抽取滤波器,运算量小、滤波效果好。测试结果表明,加入输出滤波器不改变陀螺静态特性,抑制了振动时引起的高频误差,提高了陀螺精度。     

简易光纤陀螺测试系统的设计与实现

光纤陀螺是20世纪70年代发展起来的一种新型惯性仪器，由于具有精度高、抗干扰能力强、预热时间短等一系列优点，在各个领域得到了广泛的应用。而要保证光纤陀螺的测试精度，一套高精度的测试系统是必不可少的。论文针对模拟光纤陀螺进行测试系统设计，以往采用较多的测试方法为：首先对信号进行A/D转换，再利用计算机进行数字信号采集；但由于AD转换存在精度低及连续性差等缺点，大大限制了测试系统的精度。基于这一方面考虑，论文中设计了一种简易的高精度光纤陀螺多路测试系统，直接对输出的模拟信号进行采集，再利用采集到的电压信号进行解算，得到角速度值。在组建完整套测试系统后，对设计的测试系统进行了试验验证及精度标定，试验结果表明，该测试系统具有较高的精度，完全可以满足中低精度模拟光纤陀螺的测试要求。     

Output properties of fiber optic sensor for micro-displacement measurement at 77 K and 4.2 K

Fiber optic sensors for micro-displacement measurement are applied to displacement measurement of superconductors. Output characteristics of a fiber optic sensor were measured at 77 K and 4.2 K. The results show that the linearity between output voltage ratio and displacement is good both at 77 K and at 4.2 K, and the sensitivity at 77 K is higher than that at 4.2 K.     

An artificial elementary eye with optic flow detection and compositional properties

We describe a 2 mg artificial elementary eye whose structure and functionality is inspired by compound eye ommatidia. Its optical sensitivity and electronic architecture are sufficient to generate the required signals for the measurement of local optic flow vectors in multiple directions. Multiple elementary eyes can be assembled to create a compound vision system of desired shape and curvature spanning large fields of view. The system configurability is validated with the fabrication of a flexible linear array of artificial elementary eyes capable of extracting optic flow over multiple visual directions.     

数字调制质量参数的校准和量值溯源

在数字移动通信中，描述数字调制质量的参数是一组新出现的重要参数。用实验数据证明国外仪器制造厂商给出的数字调制质量参数校准方法存在的缺陷，并研究出了新的校准方法；提出了数字调制质量参数量值溯源方案。     

Fabrication and shape detection of a catheter using fiber Bragg grating

Considering the spatial position and shape detection properties of the fiber Bragg grating (FBG) curve sensor used in the human body, the positioning accuracy of the FBG curve sensor plays a major role in the pre-diagnosis and treatment of diseases. We present a new type of shape-sensing catheter (diameter of 2.0 mm and length of 810 mm) that is integrated with an array of four optical fibers, where each contains five nodes, to track the shape. Firstly, the distribution of the four orthogonal fiber gratings is wound around a nitinol wire using novel packaging technology, and the spatial curve shape is rebuilt based on the positioning of discrete points in space. An experimental platform is built, and then a reconstruction algorithm for coordinate point fitting of the Frenet frame is used to perform the reconstruction experiment on millimeter paper. The results show that, compared with those in previous studies, in 2D test, the maximum relative error for the end position is reduced to 2.74%, and in 3D reconstruction experiment, the maximum shape error is 3.43%, which verifies both the applicability of the sensor and the feasibility of the proposed method. The results reported here will provide an academic foundation and the key technologies required for navigation and positioning of noninvasive and minimally invasive surgical robots, intelligent structural health detection, and search and rescue operations in debris.The full text can be downloaded at https://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2Fs40436-019-00284-z.pdf     

时间分辨力约束下目标检测的波形优化设计

以最大化检测概率为优化准则，采用基于凸优化和随机化方法的具有相似性约束的相位编码算法（Phase Coding Algorithm with Similarity Constrain，PCA-SC）来设计发射波形，解决了主动声呐系统增大探测目标发射功率却不能提高检测概率的问题。同时，为有效降低PCA-SC算法所设计编码自相关函数的整体旁瓣级，提高其检测微弱目标的能力，在PCA-SC算法的基础上，结合新循环算法（Cyclic Algorithm-New，CAN）多相编码技术，提出了基于CAN的PCA-SC波形优化方法（Cyclic algorithm-new Phase Coding Algorithm with Similarity Constrain，CAN-PCA-SC）。仿真实验结果表明，PCA-SC和CAN-PCA-SC两种波形优化方法获得的发射信号均能够在满足系统所需时域分辨能力的要求下，实现检测概率的最大化，提高了目标检测性能，将时域分辨能力和检测性能有效地统一起来。相比PCA-SC波形设计方法，CAN-PCA-SC波形设计方法在保证获得的发射信号的检测概率优化效果一致的情况下，具有更低的积累旁瓣水平和更好的检测微弱目标的能力。