实用型中低精度开环光纤陀螺系统的试验研究

全光纤的开环光纤陀螺系统从探测器的电信号直接解算出光纤陀螺的Sagnac相移,具有结构简单、全光纤、成本低廉等优点.所以开环光纤陀螺是满足中低精度应用要求的比较理想的方式. 实用型中低精度开环光纤陀螺系统采用了全保偏的设计方案,动态偏移调制采用正弦信号调制和压电陶瓷调制器(光纤在压电陶瓷上环绕数圈),利用多次谐波分析的数据处理方法,并且结合高阶契比雪夫FIR滤波器、自适应最佳采样速率设定、频谱分析技术、数字相关处理等数字信号处理技术,实现了2 deg/h的较高精度. 本文除了介绍上述设计方法外,还将介绍陀螺工作点稳定和选择技术等方面的设计方法,并且通过对实验结果的对比测试分析,提出了进一步提高光纤陀螺精度和稳定度的途径和设想.(PH1)     

PH激光光学材料、薄膜及元器件

实用型中低精度开环光纤陀螺系统的试验研究常胜利　宋　俊　胡勇明　宋章启(国防科技大学理学院 ,长沙 4 10 0 73)全光纤的开环光纤陀螺系统从探测器的电信号直接解算出光纤陀螺的 Sagnac相移 ,具有结构简单、全光纤、成本低廉等优点。所以开环光纤陀螺是满足中低精度应用要求的比较理想的方式。实用型中低精度开环光纤陀螺系统采用了全保偏的设计方案 ,动态偏移调制采用正弦信号调制和压电陶瓷调制器 (光纤在压电陶瓷上环绕数圈 ) ,利用多次谐波分析的数据处理方法 ,并且结合高阶契比雪夫 FIR滤波器、自适应最佳采样速率设定、频谱分析…     

实用型光纤陀螺系统工作点的选定和稳定技术的试验研究

介绍了实用型中低精度开环光纤陀螺系统中如何实时并准确地测量陀螺系统的工作点的方法和技术方案,并且从理论上分析了开环的光纤陀螺系统的工作点的选择依据。通过对实验结果的对比测试分析,提出了进一步提高光纤陀螺精度和稳定度的途径和设想。     

器件的非理想化对光纤陀螺精度的影响

为了提高开环光纤陀螺的测量精度,研究了干涉式开环光纤陀螺系统中元器件的非理想化对陀螺精度的影响.根据光纤陀螺系统的结构特点,给出了陀螺系统不同元器件的矩阵模型,导出了开环陀螺的输出表达式,重点分析了光源偏振度和输出光功率波动、耦合器分光比波动以及系统中光纤尾纤熔接点对轴误差造成的偏振误差.研究结果表明,在诸多影响因素中,光源波动对陀螺系统的影响最大,耦合器分光比波动次之,熔接点对轴误差的影响最小.     

基于3×3耦合器的光纤陀螺信号解调算法

采用3×3耦合器构成非互易结构的开环光纤陀螺，具有灵敏度高、测量范围大等优点。信号检测在光纤陀螺系统中占有非常重要的地位，其解调精度的大小直接影响光纤陀螺的分辨率。根据使用3×3耦合器的开环光纤陀螺输出信号模型的特点，采用一种新的信号解调算法，可以准确解调任意动态范围的输入，克服在工作点附近灵敏度低的缺点，改善被测信号的精度。实验结果表明，算法能快速、准确解调被测物理量。     

基于3×3耦合器的光纤陀螺信号解调算法

采用3×3耦合器构成非互易结构的开环光纤陀螺,具有灵敏度高、测量范围大等优点.信号检测在光纤陀螺系统中占有非常重要的地位,其解调精度的大小直接影响光纤陀螺的分辨率.根据使用3×3耦合器的开环光纤陀螺输出信号模型的特点,采用一种新的信号解调算法,可以准确解调任意动态范围的输入,克服在工作点附近灵敏度低的缺点,改善被测信号的精度.实验结果表明,算法能快速、准确解调被测物理量.     

全光纤陀螺光学部件的研究与实现

介绍了全光纤陀螺的基本工作原理,分析了全光纤陀螺各光学部件的关键技术,然后探讨了搭建光路时部分难点的一些解决办法．作为一种新型的角度传感器,实用型低精度开环光纤陀螺系统采用了全保偏的设计方案,偏移调制采用正弦信号来调制压电陶瓷调制器．     

三轴光纤陀螺系统频分多路复用技术研究

介绍了光纤陀螺基本工作原理和三轴系统的频分多路结构，通过共享光源、探测器和处理电路的方法简化系统结构。详尽分析了三轴光纤陀螺系统频分多路的信号调制／解调和滤波等信号处理方法。对信号之间的互扰动进行了探讨，并提出了解决方法。     

低成本光纤陀螺及其军事应用

文章对光纤陀螺的发展，特别是低成本光纤陀螺进行了介绍，并就光纤陀螺电路和光路两个结构的分析，分别阐述了降低光纤陀螺成本的几种途径。并且通过介绍光纤陀螺技术的发展，分析其在武器系统中的运用与需求。     

光纤陀螺随机误差的滤波研究

光纤陀螺作为捷联式惯性导航系统主要元件应有足够高的精度，但仅从硬件方面提高光纤陀螺的精度会极大地增加光纤陀螺的成本，就工程角度而言是不经济的；因此，从软件方面提高光纤陀螺的精度便显得极其重要，本文采用最优线性滤波算法对某型光纤陀螺的静态测试数据进行处理。     

光纤陀螺自动化测试系统设计

采用虚拟仪器技术,设计了一种光纤陀螺自动化测试系统,以判断其性能指标是否达到标准。阐述了测试系统的硬件单元设计和系统软件设计。其硬件单元包括信号隔离电路、存储电路、以太网模块、电源模块等,系统软件设计主要包括基于SOPC的嵌入式系统软件设计和LabWindows/CVI的上位机软件设计。该测试系统经实际运行测试,表现出良好的稳定性,完成了所有的测试功能,用户界面操作简单,测试结果准确,能够满足光纤陀螺科研生产的需求。     

光纤陀螺传递函数的数字信号辨识法

通过对全数字闭环光纤陀螺的Y波导施加固定的伪随机阶梯波激励信号,即使陀螺处于一定的转动激励中,比较输入信号与输出角速率信号可对光纤陀螺的传递函数模型进行辨识,建立全数字闭环光纤陀螺的传递函数模型。该方法通过软件施加激励信号实现在陀螺生产阶段的传递函数的在线测量,不必施加真实的转动信号。对该方法辨识的重复性进行了验证,结果表明,辨识出的陀螺带宽的重复性优于0.4 Hz。     

数字信号处理技术在新型惯导系统中应用的研究

数字信号处理是一种具有特殊结构的微处理器,可以用来快速实现各种数据信号处理算法,在新型惯导系统———光纤陀螺的应用中取得了很好的效果,使得陀螺系统质量轻,耗电少,成本低,寿命长,体积小,在军民品中都有广泛的应用前景。飞机、飞船和轮船一直都使用陀螺定位仪来导航,最新技术的定位仪是光纤陀螺,采用光纤技术的光纤陀螺很好地解决了汽车、建筑、工业机器人,天线系统和大型农场的农业机械定位问题,方便且灵敏的光纤陀螺在陀螺定位领域具有广泛的应用前景。基于萨格奈克效应（ＳａｇｎａｃＥｆｅｃｔ）的第一代干涉型光纤陀螺经过了２０年的研究历程,期间几乎所有内在与外在的噪声因素都得到了分析与消除,检测的方法也得到了很大的改进,使得光纤陀螺在军民两方面都有着重要的应用背景。     

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。     

光纤陀螺的发展现状

介绍了光纤陀螺的原理特点和发展过程,着重描述和总结了光纤陀螺在国内外发展的技术趋势和产业化情况。可以看到,随着现代微电子技术、光电子技术和信号处理技术的发展,光纤陀螺在未来惯性测量领域中占据越来越重要的位置。     

尾纤长度不对称导致的光纤陀螺振动误差分析

如何提高光纤陀螺在振动环境下的精度是光纤陀螺工程化过程中必须考虑的问题。当前,对于降低光纤陀螺振动误差的方法主要集中在改善光纤陀螺的机械结构和固定光纤环上。然而,Y波导与光纤环的尾纤长度不对称也是引起光纤陀螺振动误差的一个重要原因。首先根据弹光效应从理论上阐述了由振动所引起非互易相移的原理,进而分析证明了振动条件下左右两侧的波导尾纤与光纤环的尾纤长度之和不相等,即尾纤长度不对称是导致振动条件下非互易相移产生的一个重要原因。在此基础上推导出了振动条件下光纤陀螺两侧尾纤长度和之差与陀螺输出误差的理论关系式,并通过Matlab仿真了两侧尾纤长度和之差与陀螺输出漂移的关系曲线。     

An optimal open-loop multimode fiber gyroscope for rate-grade performance applications

We report the realization of a new version of a fiber optic gyroscope (FOG), using low-cost multimode fiber components. This is achieved by an optimal choice of the components such as fiber, coupler, light source and photodetector. The aim behind this work is to demonstrate the versatility of the low-cost multimode FOG for rate-grade performance applications. Both analog signal processing and open-loop operation are used in the proposed FOG experiment. The obtained sensitivity is ∼7°/h and the angle random walk is about 0.087°/. The influence of the coupler technology on the performances is investigated.     

一种用于光纤陀螺降噪的鲁棒平滑滤波算法

为了降低光纤陀螺(FOG)的随机噪声以及消除异常采样信号的干扰,提出一种鲁棒平滑滤波算法。利用权重函数为FOG每个采样数据迭代加权,给异常值分配较低权重给高质量数据分配较高权重,有效提高了平滑滤波的鲁棒性。采用广义交叉验证估计平滑参数再利用离散余弦变换计算原始FOG数据的平滑值,提高了平滑滤波的运算速度。软件仿真和实际实验结果表明,相比传统最小二乘平滑滤波算法,所提算法能够有效抑制FOG随机噪声和异常采样信号的干扰,并且对时变的FOG信号具有较好的跟踪能力。