平均波长对光纤陀螺标度因数的影响

分析了宽谱光源的平均波长对标度因数的影响,初步建立了开环光纤陀螺和闭环光纤陀螺标度因数的系统模型,详细讨论了平均波长和光纤陀螺第二闭环影响标度因数的机理,并进行了相关的实验,实验结果与理论分析结果吻合,验证了该系统模型的正确性。     

神经网络在光纤陀螺标度因数温补中的应用

阐述了光纤陀螺标度因数受温度影响的机理,光纤长度、光纤环直径、中心波长、集成光学调制器调制系数以及2π复位电压值均影响标度因数的稳定性。在此基础上提出建立温度模型补偿法,对最小二乘法和BP神经网络补偿法进行了分析与比较。该文利用光纤陀螺输出实测数据进行了后仿真,结果表明,神经网络法进行光纤陀螺标度因数温度补偿可使误差明显减小,其效果要优于传统的最小二乘法,这样保证了光纤陀螺全温情况下在系统的使用精度。     

高精度光纤陀螺标度因数测试研究

陀螺仪输出的角速率信号是与载体运动角速率成一定比例关系的,其精度直接影响导航系统的精度。对光纤陀螺而言,随着国内外精度逐步提高,以光纤陀螺为核心的捷联惯性导航系统的应用越来越广泛。但很多应用表明,影响光纤陀螺仪精度的标度因数并非是完全线性的,并且具有正负不对称性,这对导航精度显然会有所影响。为了进一步提高精度,本文研究了一种精确测试计算光纤陀螺标度因数、标度因数非线性度及不对称性的方法,对光纤陀螺进行速率实验,并编制相应的软件计算出光纤陀螺标度因数等参数。     

光子晶体光纤陀螺标度因数特性研究

光子晶体光纤陀螺原理上具有磁敏感性低、温度稳定性好及抗辐照等特点,是光纤陀螺一个新的重要发展方向。很多学者研究了其零偏特性,但未见对其标度因数的研究报道。研究了光子晶体光纤陀螺标度因数的误差构成,并试验测量了光子晶体光纤环引入的误差。研究结果表明,光子晶体光纤陀螺标度因数具有更稳定的温度和辐照特性,在-40~+70℃的温度范围内,标度因数重复性为242.310-6(未补偿时),约为普通光纤陀螺的1/2。在经历总剂量为50 krad(Si)的辐照后,光纤陀螺标度因数变化10910-6,重复性和非线性没有明显变化,比普通光纤陀螺稳定1 倍以上。     

光纤陀螺测量系统标度因数标定方法研究

陀螺标度因数是光纤陀螺测量系统的重要参数,其准确性对系统的应用性能有较大影响。现有标定方法受到光纤陀螺的标度因数非线性误差和转台速率误差的制约,标定精度不高。设计了一种遍历速率角度基准式的标定方法,以转台的角位置作为标定基准,在标定过程中使光纤陀螺的输入角速率历经从静止到测量范围的遍历过程,可以在不显著增加标定时间的基础上提高标定精度。进行了验证试验,结果表明,新方法的标定误差比现有方法降低一个数量级,可有效提升光纤陀螺测量系统的应用精度。     

单模光纤弯曲损耗与波长及弯曲半径的关系

对在弱导条件下的单模光纤弯曲损耗进行了定量分析,导出了弯曲损耗的函数αR(λ,R)。     

退偏光纤陀螺刻度因数研究

首次在理论与实验两方面研究了闭环退偏干涉型光纤陀螺刻度因数的非线性误差,闭环锯齿波相位调制器对两个偏振光分量的不同调制深度是其非线性误差的原因之一。提出了降低闭环退偏干涉型光纤陀螺刻度因数非线性误差的方法。     

单模光纤的弯曲损耗分析

在修正弯曲单模光纤几何模型的基础上,采用一个简单的弯曲损耗公式,对单模光纤的弯曲损耗和弯曲半径及波长之间的关系进行了仿真和实验,观察到弯曲损耗随弯曲半径和波长的变化呈现振荡现象,且振荡现象是由光纤中的基模和在包层和涂覆层中传播的whispering gallery模之间的耦合引起的。并对关系曲线的特性进行了分析,得出了弯曲损耗曲线峰-谷值位置的计算式,具有一定的参考价值。理论分析和实验结果基本一致。     

光功率稳定性对光纤陀螺性能的影响研究

首先通过对数字闭环光纤陀螺的原理分析,推导出了光纤陀螺输入输出的关系式,结合随机游走系数的表达式,指出光功率稳定性的两种影响方式,一是引入白噪声,二是改变控制参数.然后建立了光纤陀螺控制模型,研究了光功率衰减与波动对系统调节时间和控制噪声的影响,同时针对光功率衰减对随机游走系数的影响,提出了动态调整最佳调制深度的优化方法.研究结果和优化控制方案对于高精度光纤陀螺的精度保持具有重要的实际意义.     

光纤陀螺的最新进展

光纤陀螺从提出至今仅２０余年,但其从原理到实现到改进的发展过程却发生了很大变化。文中简述了光纤陀螺广泛的应用背景及基本原理,对光纤陀螺实用化进程中的几点重大突破进行了总结,并详细介绍了国外光纤陀螺的研究和生产的最新发展情况,也提及了我国光纤陀螺的研制概况。在对各国光纤陀螺公司产品的性能指标及其应用范围的分析基础上,指出了当前光纤陀螺发展的高精度和低成本两个方向,并介绍了几种主要的方案。     

弯曲限模对大模场光纤横模不稳定效应的影响

横模不稳定效应已经逐渐成为引起高功率光纤激光光束质量急剧恶化并限制其输出功率进一步提升的首要瓶颈问题。基于全光纤化正向泵浦的窄线宽高功率放大平台，对大模场光纤激光器中的横模不稳定效应进行了一系列的探索研究。根据耦合模方程的计算结果，所用大模场光纤25/400 μm中LP₀₁、LP₁₁模之间的非线性耦合强度最大，这也直接诱导了横模不稳定效应的发生。为了抑制LP₁₁模在主放大级的产生和放大，通过弯曲限模这种可操作性强的模式滤波技术，将主放增益光纤的弯曲半径从6 cm缩小至5 cm的过程中，高功率光纤激光系统的横模不稳定阈值从1000 W量级提高到了1600 W量级，而且激光器的其他输出性能几乎没有受到影响。这为构建实际的窄线宽高功率全光纤化的激光系统提供了强有力的实验参照。     

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。     

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。     

单模光纤章动跟踪耦合系统设计

在光纤激光通信系统中,为了克服准误差、随机角抖动误差、大气湍流像差对单模光纤耦合效率的影响,本文设计了单模光纤章动跟踪耦合系统。首先基于模场匹配原理,分析了径向偏差和光斑大小对耦合效率的影响。其次在理论分析的基础上,对激光章动跟踪系统进行了设计,主要包括激光器、准直镜、快速反射镜、耦合透镜以及光电探测器,并以光电探测器的能量反馈完成了激光章动跟踪算法设计。最后搭建了实验平台,对系统进行了实验测试。通过实验测试得到,在激光章动跟踪时单模光纤的耦合效率为53.5%,并测试了径向偏差以及光斑大小对耦合效率的影响,得到了相应的曲线。耦合效率满足系统要求,并且实验测试曲线与理论分析的仿真曲线基本一致。     

基于光纤陀螺的转台周期性误差抑制方法

为抑制测角系统周期性测量误差对光电跟踪系统速度平稳性和成像效果的影响,采用光纤陀螺系统建立误差模型和误差补偿器,对系统进行误差补偿控制。首先,对测角系统测量结果中含有周期性误差的机理进行分析,建立了周期性测角误差的数学模型;其次,采用高精度光纤陀螺建立了一套基于傅里叶理论的角度测量误差模型采集系统,并通过七个步骤提取了测角误差模型的具体表达式;然后,根据提取的测角误差表达式,分四个步骤对系统周期性误差进行补偿控制。最后,通过跟踪成像实验来验证控制补偿的有效性。实验结果表明,跟踪速度误差的最大值降低到0.04 ()/s,比未补偿控制时降低了8倍左右,满足光学成像系统速度误差小于0.1 ()/s的要求,条纹成像效果得到了明显改善。     

应用于高精度光纤陀螺的超荧光光纤光源

在掺铒光纤放大器技术上发展起来的1.55 μm宽带超荧光光纤光源(SFS)具有相干长度短、输出功率大、温度稳定性好、对紫外线辐射不敏感和寿命长等优点,是惯性级和精密级光纤陀螺的理想光源.概述了1.55μm高精度光纤陀螺的研制现状,同时,对SFS的技术优势、最佳结构设计进行了探讨.最后对采用SFS的光纤陀螺的噪声特性进行了研究,并提出了改善光路系统信噪比和抑制光源强度噪声的技术措施.     

利用Allan方差进行光纤陀螺测试

设计了一种基于Allan方差的5阶样条拟合的方法,用于测定光纤陀螺的随机游走系数、零偏不稳定性、速率斜坡、量化噪声、速率随机游走等参数,并基于LabVIEW开发了可视化数据采集程序,对KVH公司生产的E.Core 2000型光纤陀螺进行测试。结果表明,该方法简化了光纤陀螺参数测试流程,提高了测试精度。