光纤陀螺电路辐射磁场的测试

针对光纤陀螺工程应用中的磁场问题,为了摸清电路辐射磁场的数值,探究了陀螺内部电路产生磁场的分布规律。搭建了电磁场分布扫描系统,对陀螺电路正底面分别进行了预扫描和精确扫描;依据扫描结果计算了磁场参数,并分析了电路磁场对陀螺磁敏感相位误差的影响。实验结果表明,陀螺电路磁场整体辐射较小,正面电路辐射强度大于底面电路;正面辐射在8.76 MHz频率下辐射最强,约为0.01 mGs。对于光纤陀螺磁敏感性研究提供了数据参考。     

数字闭环光纤陀螺温度误差分析

分析了数字闭环光纤陀螺温度误差的来源,指出温度误差主要包括温度噪声、标度因数漂移、偏置漂移.提出一种基于离散小波变换的分离陀螺温度噪声和温度漂移的方法,利用该方法对测试数据进行了分析,证实了在零偏稳定性大于0.3(°)/h的光纤陀螺中,温度漂移是主要温度误差.将简化的光纤陀螺等效相位模型与温度敏感参数模型结合得到光纤陀螺温度漂移误差分布模型,利用该模型分析了影响温度漂移误差的各因素,并对主要因素进行了测试和分析.最后总结了抑制温度漂移误差的几点措施.     

柱面非均匀弱磁场对光纤陀螺磁敏感性的影响

以光纤陀螺(FOG)某电路板为例,扫描分析了其磁场分布规律,并利用矩阵光学和光传输理论,建立了柱面非均匀磁场中Faraday非互易相位差理论模型,进而仿真分析了实际电路板的辐射磁场对光纤陀螺的影响.分析结果表明:1)柱面非均匀磁场与光纤环距离越小,FOG磁敏感相位误差越大;2)柱面非均匀磁场对FOG所产生的磁敏感误差与角度之间呈倾斜正弦曲线,且倾斜度随磁场与光纤环间距减小而加剧;3)当R＜5r(磁场源位于光纤环外部,r为光纤环半径,R为磁场源与光纤环左侧边缘的距离)或R＜0.5r(磁场源位于光纤环内部)时,非均匀磁场均大于同量级均匀磁场对FOG的影响;4)非均匀场的存在影响FOG偏离固有磁轴方向;5)对于距离FOG较近的一些辐射强度非常小的普通电路板,也会导致FOG输出的不稳定和方向相关性.上述结果对于理解和分析实际磁场对FOG的影响,具有实际指导意义.     

陆用光纤陀螺寻北仪误差特性研究

针对陆用武器对高精度寻北定向的要求,本文以高精度光纤陀螺寻北仪为研究对象,基于光纤陀螺寻北仪误差模型和光纤陀螺的误差特性,从理论上对光纤陀螺寻北仪寻北误差进行了分析,提出寻北仪主要包括系统误差和器件误差两个方面的误差源,并分别对不同误差源引起的寻北误差进行推导,得到光纤陀螺寻北仪寻北精度主要受陀螺零偏漂移、安装误差和转台测角精度决定的结论。对光纤陀螺寻北仪各误差源引起的寻北误差进行仿真试验,试验证明了理论分析的正确性。     

光纤陀螺光学器件的空间辐射效应及防护技术

针对光纤陀螺用光学器件在空间辐射环境下受电离损伤和位移损伤影响性能下降的问题,分别分析了光纤、SLD光源、PIN-FET探测器的空间辐射效应。为保证光纤陀螺在空间的工作性能,从被动屏蔽和主动加固两方面讨论了光学器件的辐射防护技术。考虑到不同光学器件对不同类型辐射损伤的敏感性以及航天器载荷对重量的严格要求,从电离损伤屏蔽和位移损伤屏蔽两方面对屏蔽厚度进行了优化设计。通过对各光学器件辐射效应机理的分析,讨论了提高光学器件本身抗辐射能力的主动加固技术。     

光纤陀螺寻北仪误差系统分析

为了提高光纤陀螺(FOG)寻北仪的精度,从陀螺仪平台调平误差、基座不稳定产生的误差、光纤陀螺(FOG)的漂移、陀螺仪转位误差等出发,对影响光纤陀螺寻北仪的因素进行了系统全面地分析,并进行相应的补偿,消除了大部分的误差因素,理论上能使寻北仪精度得到显著地提高.     

用于光纤陀螺的超辐射发光二极管组件

超辐射发光二极管(SLED)作为一种非相干性宽带光源，是光纤陀螺仪(FOG)和光纤传感器的理想光源，也是光时域反射仪(OTDR)和中短距离光通信的主要光源之一。SLED组件采用8脚蝶形式或14脚双列直插式管壳全金属化气密性封装，标准单模光纤(SA伊)或保偏光纤(PMF)耦合输出。组件包括SLED管芯、半导体致冷器(TEC)、热敏电阻，可带背光探测器。使用时可通过外电路对组件实现功率控制和温度控制，使组件能长期稳定工作。与光纤耦合效率可达45％以上，光谱宽度大于40nm工作电流100mA)。     

基于性能退化的卫星用光纤陀螺可靠性评估

基于性能退化数据研究了卫星用光纤陀螺空间辐射环境下的可靠性评估方法.随着光纤陀螺技术水平的提高,其在卫星上的应用越来越广泛,其可靠性状况也愈发引起人们的关注.在对空间辐射环境下光纤陀螺失效机理分析的基础上,提出用Normal-Poisson复合随机过程模型对产品在空间辐射作用下的退化特性进行建模,基于所得模型,由光纤陀...     

基于光纤陀螺温度漂移误差补偿方法研究

惯性导航系统中光纤陀螺的漂移受温度变化影响显著,导致其在导航系统中的应用受到各种制约。该文提出了一种软件上的温度补偿法,建立基于光纤陀螺多参量联合多项式温度补偿模型,并设计相应的试验方法对陀螺仪的漂移进行了温度补偿。试验证明,提出的温度模型准确有效,可补偿因温度变化引起的光纤陀螺仪的漂移影响,达到提高系统的导航精度及温度适应性的目的。     

光纤陀螺保偏光纤环几何轴向磁敏感性理论研究

在光纤陀螺中,磁场会造成法拉第相位误差。实验结果表明,轴向磁敏感性较径向更为明显。在轴向磁场作用下,在保编光纤中传播的正反两束光会产生一个与磁场有关的非互易相位差。研究了由光纤在光纤环上螺旋缠绕引起的几何轴向磁敏感性,利用耦合模方程和有限元分析法,从理论上推导出了保偏光纤陀螺在轴向磁场作用下,产生的几何法拉第非互易相位差的具体表达式,并对理论结果进行了仿真分析。研究表明,光纤环中光纤几何扭转引起的圆双折射是产生几何法拉第相位误差的主要原因。另外,轴向磁敏感性会随着半径的减小而增大。     

光纤陀螺温变效应误差抑制方法研究

在干涉式光纤陀螺组成的捷联惯性导航系统中,光纤陀螺启动过程中温变效应导致的漂移项是导航误差的主要误差源,已成为限制高精度光纤陀螺系统性能进一步提升的关键因素。通过对光纤陀螺启动过程中温变效应的理论分析与建模,提出了一种基于查表补偿的光纤陀螺启动温变效应误差抑制法和误差评价法。实验结果表明,该抑制方法可使-40~+60 ℃环境下光纤陀螺漂移概率误差从0.02～0.50 (°)/h降至0.01 (°)/h以下,对应导航系统的导航圆概率误差从1.4~35 n mile/h降至0.8 n mile/h以下,有效抑制了光纤陀螺启动温变效应误差,提升了系统性能。     

基于长程光纤网络的谐振腔光纤陀螺

提出一种全新结构的基于长程光纤网络光调制谐振腔光纤陀螺(R FOG)系统,利用R FOG传感部件光纤环形腔的光纤长度短、体积小以及无源特点,将其通过长程光纤网络与后端的光源、探测器及复杂的信号处理部件连接起来,实现远距离的无源角速度探测。这种结构的R FOG具有很高的理论灵敏度可达5×10-8 rad/s,采用的全数字闭环处理方案能实现大动态范围信号检测,而且对转换器的要求不高。各种误差消除措施可以在系统中很方便的实现,大大提高陀螺性能。结合光纤系统的各种复用技术,该R FOG结构可以组成大型的远距离角速度惯性测量网络系统,有效地克服了传统R FOG在系统成本和复杂性上的劣势,为R FOG走向实用提供了新途径。     

光纤陀螺在直流及交变磁场中的磁敏感性研究

介绍了光纤陀螺的磁敏感性机理并进行了实验研究。利用亥姆霍兹线圈装置和光纤陀螺测试平台,研究了光纤陀螺在直流磁场中的磁敏感性,得到光纤陀螺数据输出与磁感应强度基本呈线性关系,以及轴向磁场和径向磁场影响系数的大小和光纤陀螺磁敏感轴的方向。主要针对50Hz的交流磁场研究交流磁场对光纤陀螺零偏和零漂的影响及其交流磁敏感性,得到交流磁场对零偏的影响可以忽略,但磁感应强度与陀螺零漂值的大小基本呈线性关系。研究了不同频率交流磁场对光纤陀螺输出的影响,说明了光纤陀螺数据输出主要与瞬态的磁感应强度成正比,不同频率交流磁场对光纤陀螺零漂值的影响不同,存在一个频率(或频率范围)对光纤陀螺零漂的影响较大,其频率范围与光纤陀螺输出带宽有关。     

光纤陀螺用光纤环的应力分布实验研究

阐述了光纤陀螺中光纤环的的作用和绕制技术，介绍了布里渊光时域反射计(BOTDR)的工作原理和性能。利用一种BOTDR首次对不同情况下保偏光纤环的应力分布进行了测试和分析，揭示了光纤环中出现的工艺缺陷并进行了定位和分析。结果表明，利用BOTDR对光纤和光纤环进行应力分布测试，可有效的发现和控制这些缺陷的影响。     

光纤陀螺用掺铒超荧光光纤光源

简要介绍了掺铒超荧光光纤光源的工作原理、基本结构.研制了一种采用单程后向结构、以980 nm激光二极管作泵浦源的小体积掺铒光纤光源.其输出功率大于5 mW,中心波长为1 544 nm,光谱3 dB带宽为41 nm,光谱平坦度小于等于±1 dB.     

带第二反馈回路的全数字闭环光纤陀螺

针对全数字闭环光纤陀螺，分析阶梯波复位不理想时对陀螺标度因数和零偏稳定性的影响。在陀螺闭环系统中加入第二反馈回路，可实现调制通道增益自动调整。研究了复位误差的解调原理，在采用积分控制规律的基础上，推导回路的传递函数，并分析系统的过渡过程和稳态误差。实验结果表明，加入第二反馈回路可以在不干扰主回路工作情况下，消除复位误差，改善陀螺性能。     

遗传算法在光纤弱磁检测中的应用

把遗传算法引用到光纤弱磁场检测中，利用计算机处理磁场信号，可省去复杂的电路处理，提高检测灵敏度。介绍了光纤弱磁检测的原理，给出了采用遗传算法对检测信号的拟合曲线。结果表明，用遗传算法来求解磁场信号是可行的。     

光纤陀螺仪调制相位的畸变误差特性分析

干涉型数字闭环光纤陀螺中,多功能集成光学芯片(IOC)是非常关键的器件,其主要作用之一是相位调制,用于产生π/2相位偏置及产生补偿外部Sagnac相移的相位.由于IOC接收到的电场调制信号频率较高,存在多次谐波并且易受外部辐射干扰,从而导致调制相位畸变,对光纤陀螺的零偏和漂移有很大的影响.为了减小IOC调制相位畸变特性对光纤陀螺性能的影响,从理论上探讨引起调制相位畸变的因素,针对不同的误差因素而采取相应的措施来抑制并隔离误差;通过采取各种措施改善方波、阶梯波的信号质量,使IOC输出的相位畸变程度达到最小.测试结果表明,光纤陀螺中优化之后的相位调制系统满足高精度数字闭环光纤陀螺的指标要求.

Abstract：

Multi-function integrated optical chip (IOC) is an important component in the close-loop interference fiber optic gyroscope(IFOG)system. One of the main functions of IOC is the modulation of phase which includes the bias of phase in creating π/2 square waves and Sagnac phase biased by ladder waves in IFOG. Because the modulation signal of the electric field sent to integral optical chip has the characteristic of high frequency, there exists multiple harmonic waves and it is easily disturbed by external eradiation which induces modulation phase distortion and has great effect on drift and zero-bias. In order to reduce the effect of phase distortion of the integrated optical chip on the performance of FOG, focusing on the factors causing different phase errors in IOC, corresponding measures are taken to suppress and isolate the errors, adopting all means to improve the signal quality of square waves and ladder waves, reducing the modulation phase distortion to the lowest extent. The experimental results show that the optimized phase modulation system can meet the requirements of high precision IFOG.     

全数字开环光纤陀螺标定技术

全数字开环光纤陀螺的标定参数包括刻度因素与电路增益,二者分开标定不利于批量化生产。通过分析开环光纤陀螺信号处理原理建立了新的标定模型,减少了标定参数,简化了标定过程。标定模型与标定流程可用于全数字开环光纤陀螺的批量化生产。