相位调制非线性对开环光纤陀螺工作点测量与信号解调的影响

在全光纤开环光纤陀螺中，利用压电陶瓷调制器可以为光纤陀螺提供互易性正弦相位偏置，但相位调制中的寄生非线性会对陀螺测量产生影响。从理论上给出了二倍频非线性相位调制情况下开环光纤陀螺输出信号的一、二、四次谐波表达式，分析了相位调制非线性对陀螺工作点测量与信号解调的影响，实验验证了相关结果。实验结果与理论分析表明在陀螺应用中必须采取措施抑制非线性相位调制的幅度。     

方波调制误差对光纤陀螺的影响分析与实验

根据数字闭环光纤陀螺的方波调制、解调原理,指出调制方波的频率、相位和占空比不理想是造成方波调制误差的原因。讨论了周期脉冲干扰的频率和相位特征,利用周期脉冲干扰的傅里叶级数推导出了方波调制误差的数学模型。建立了带有方波调制误差的闭环光纤陀螺简化模型,推导出了方波调制误差和陀螺输出偏置误差的关系。通过仿真和测试分析了调制方波的周期、相位、占空比、光纤环的群延时以及放大电路的增益带宽对陀螺输出偏置的影响。最后,给出了一种利用周期脉冲干扰波形检测方波调制误差的简易方法。     

消偏型光纤陀螺偏振误差研究

提出了一种光纤陀螺(FOG)消偏结构,通过在光源输出端加保偏光纤(PMF)和在偏振器后加Loyt消偏器,计算返回到探测器的相干光的偏振误差,得出光源出射偏振光与PMF快(慢)轴夹角、PMF快(慢)轴与偏振器起偏方向夹角、偏振器起偏方向与消偏器第1段PMF快(慢)轴夹角以及消偏器2段PMF连接角等4个角的最优取值范围,代入实验测得光纤线圈传输矩阵参数,计算出偏振误差可以达到1.1×10-30/h,满足中高精度要求.     

数字调制的谐振式光纤陀螺

谐振式光纤陀螺是利用正反方向传播光波的谐振频差来检测旋转角速率的惯性传感器。由于模拟调制的方法无法达到较高的系统性能,提出了一种数字调制方法,此方法采用两种频率组合的阶梯波作为LiNbO3调制器的控制信号,对其进行数字调制。通过理论的研究和仿真,证明此种方法是切实可行的。     

干涉型光纤陀螺中磁光Faraday效应的研究

基于Jones矩阵法,采用以分段保偏光纤(PMF)级联模拟普通单模光纤(SMF)的模型得出的光纤环传输矩阵,对Faraday效应在干涉型光纤陀螺(IFOG)中的影响做了系统的分析,得出可定量分析IFOG由Faraday效应所引起的相位漂移的一般公式.利用此公式,以采用PMF的IFOG为例进行了仿真分析,结果表明,Faraday效应致相位漂移受光纤偏振主轴偏转影响显著.在一定偏转范围内,相位漂移随偏转呈指数增长关系.由此得出,在采用PMF制作IFOG时光纤环与IFOG芯片的熔接过程中对光纤旋转机构的精度要求.     

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。     

干涉式光纤陀螺系统Serrodyne调制误差分析

本文首先针对实现闭环光纤陀螺系统相位零化技术的Ｓｅｒｒｏｄｙｎｅ调制理论进行了详细分析，通过对实际Ｓｅｒｒｏｄｙｎｅ调制分析得出因回扫时间的延迟产生周期性反对称毛刺是导致调制失真的因素，运用 Ｆｏｕｒｉｅｒ Ａｎｇｉｅｒ Ｂｅｓｓｅｌ级数对误差信号各次谐波分解得出低次谐波分量在误差信号中占主导作用，并提出减小调制误差的方法。     

时分复用三轴光纤陀螺信噪比分析

基于信号处理和随机过程理论,研究了基于时分复用(TDM)技术的三轴光纤陀螺(FOG)的整体精度,利用差分方程建立了TDM闭环处理中相位差的衰减模型。将单轴总体噪声分为稳态噪声和调整噪声两部分,推算出了单轴信噪比(SNR)的计算公式,并对各影响参数进行了仿真分析,提出了相应的改进建议。设计了FOG实验,验证了模型分析的合理性及正确性。     

光纤陀螺方波调制误差的分析与抑制

基于光纤陀螺的调制-解调原理,讨论了调制方波的频率、相位、占空比和光纤环特征频率对方波调制误差的影响,推导出方波调制误差的数学模型.测量光纤环特征频率、调制方波频率、相位及其温度系数,分析了温度变化对方波调制误差的影响.提出了数字时域梳状滤波的解调方法,推导出消除方波调制误差的条件表达式.实验结果显示,数字时域梳状滤波可以使方波调制误差引起的偏置漂移减小到0.3°/h以下.     

消除数字闭环光纤陀螺串扰的多态调制方法

针对数字闭环光纤陀螺中由串扰引起的死区问题,本文提出了一种新的在不同调制深度下消除串扰的多态调制方法。根据数字闭环光纤陀螺调制解调的原理,建立了调制序列与解调序列的相关函数,当该相关函数为零时,可以获得多态调制序列中φm与2π-φm的比例关系,从而获得了不同调制深度下消除串扰的多态调制方案。对不同调制深度下构造的多态调制方案进行实验测试,结果表明,本文提出的数字闭环光纤陀螺多态调制方案能消除由串扰引起的死区问题。     

数字闭环光纤陀螺仪过调制技术研究

针对光纤陀螺噪声的特点,提出了一种采用增加偏置调制深度的办法提高光纤陀螺信噪比,虽然陀螺理论灵敏度有所降低,但是陀螺的长期漂移即零偏稳定性却获得了明显提高。这种方法我们称之为过调制技术。对基于数字闭环调制解调方案的过调制技术改善陀螺信噪比的理论基础进行了深入的分析,在此基础上进行了相关的实验研究。理论分析和实验结果均表明,当调制深度处于π／2与π之间的某个值时,光纤陀螺具有最佳性能。相比于传统的π／2偏置点,采用过调制技术后的光纤陀螺的零偏稳定性获得了数倍的提高。     

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.     

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。     

PSoC在光纤陀螺脉冲输出采集中的应用

针对光纤陀螺脉冲输出采集范围小、精度低、外围电路复杂等问题,提出了一种基于PSoC芯片的脉冲采集系统。与传统的单片机相比,PSoC芯片最大程度地实现了系统单片化的目标,在保证以更简便方式实现更多更灵活功能和具备较高性能的前提下,达到了极高性价比。系统以PSoC芯片CY29666-24PVXI为核心器件,以改进的无缝计数法为理论基础,实现了光纤陀螺脉冲输出的高精度采集。实验结果表明,该系统的测试范围能够达到0.1 Hz~1MHz,误差小于1.0×10-4,满足了实际脉冲采集的要求。     

谐振式光纤陀螺双光路调相谱最优参数确定方法

调相谱检测技术是谐振式光纤陀螺(R-FOG)角速率信号提取的关键技术,通过选取合适的调制参数,可大大提升陀螺的综合性能。利用相位调制频谱展开式,依据调相谱载波分量和调制信号的幅度关系,提出了双光路调相谱最优参数的确定方法,该方法在保证陀螺最佳灵敏度工作点的同时,有效地抑制了背向散射噪声的影响;在正弦波调相谱下,采用自外差法实测了相位调制器的半波电压,得到了调相谱载波分量与调制电压幅度的关系曲线,与理论分析相符;以长度为12 m 的保偏光纤熔接环为敏感谐振腔,直径为0.15 m,耦合系数为50%,进行了不同角速率的转动测试,得到了动态范围为480 ()/s、非线性度为3%的转动结果。     

调制SOA的偏置电流对谐波锁模光纤环行激光器输出脉冲的影响

本文提出了一个谐波锁模光纤环行激光器模型 ,该模型包含两个半导体光放大器 (SOA) ,其中一个SOA作为调制器(简称调制SOA) ,另一个提供增益 (简称增益SOA)。本文着重研究了调制SOA的偏置电流对锁模脉冲的影响。结果表明 :随着偏置电流的增大 ,脉冲形状将发生扭曲 ,甚至出现多峰结构 ;且输出脉冲的峰功率和方均根宽度都将增大。理论研究结果符合实验观测。     

连续旋转型光纤捷联惯导系统角速度误差补偿

旋转调制技术在有效抑制惯性器件漂移的同时,也使测量误差更加复杂,只有对这些误差进行补偿,才能发挥旋转调制的效果。为此分析了光纤陀螺敏感轴与旋转轴间不正交角、旋转轴涡动、时间不同步量、敏感轴间不正交角等误差造成的影响,建立了各自的误差补偿模型,并设计了一种基于单轴转台和单元体自身旋转的误差标定方法。结果显示,温补后的敏感轴与旋转轴之间不正交角标定精度优于0.2″,敏感轴之间不正交角标定精度优于1.4″,时间不同步量的标定精度优于0.06ms,经旋转调制和误差补偿后的等效光纤陀螺漂移由0.050°/h改善至0.015°/h。为低成本高精度惯导系统的实现建立了基础。     

光纤陀螺光源误差及消除方法分析

分析了光源强度噪声对光纤陀螺极限灵敏度的影响。分析表明,当光功率大于十几微瓦时,陀螺的等效噪声相位差和极限灵敏度将趋于一饱和值,开环和闭环陀螺的饱和极限灵敏度分别为0.06deg/h和0.04deg/h,不能满足高精度陀螺的要求,必须采取措施进行消除光源强度噪声的影响。介绍了一种光源噪声消除方法,将光源耦合器盲端光束利用起来,利用两路光束中光源强度噪声的相关性,经过适当的增益调节和延时调节,即可将光源强度噪声有效的消除。