基于光纤环形激光器的传感技术研究与应用

基于光纤环形激光器的新一代光纤传感系统通过解调激光波长偏移来检测外界参量变化,得利于激光光谱窄线宽及高信噪比的特性,可实现高分辨率、高灵敏度、大动态范围的传感监测。文章介绍了包括基于光纤光栅、迈克尔逊干涉仪、法布里-珀罗腔、萨格奈克环以及马赫-曾德尔干涉仪等多种结构的光纤传感器工作原理,以及进一步构成光纤环形激光传感器的特性和多种应用案例,并对未来该领域的关键技术发展进行了分析。     

光纤臂长差对马赫-曾德尔型光纤陀螺的影响

介绍了基于马赫-曾德尔干涉原理和萨格奈克(Sagnac)效应的马赫-曾德尔型光纤陀螺(MZ型光纤陀螺)的工作原理.在此基础上,分析了两光纤臂长差对光纤陀螺零位漂移和温度稳定性的影响,指出臂长差的存在是影响MZ型光纤陀螺系统稳定性和灵敏度的最主要因素.     

基于SOA的两种干涉仪结构性能分析

对基于半导体光放大器的萨格奈克型(Sagnac)和马赫曾德型(MZ)两种干涉仪结构的性能进行了分析比较.首先讨论了干涉仪在对数据进行逻辑操作时出现的光能量泄漏问题,并给出了试验结果.随后对数据帧宽度、数据流占空比和光纤环长的关系进行了详细分析.     

光纤陀螺—环形激光系统的后继者

目前实验室推出的光纤陀螺到90年代可能要与环形激光陀螺争夺惯性制导市场.光纤陀螺的前景要比激光陀螺从实验室推出后的十年要稍长一些,以打破旋转质量陀螺的长期垄断地位.首先,光纤陀螺(FOG)很可能占领尺寸小、重量轻,功耗低,坚固耐用,成本适中的中低精度为主要优点的应用场合.10年前,由于同样的原因使激光陀螺进入惯导市场,尽管从那时以后激光陀螺的精度有了很大的提高.到90年代末,预计技术的进步可使光纤     

用KrF激光直接驱动激光核聚变

美国海军研究实验室“奈克”ＫｒＦ激光装置于１９９５年５月开始运转，系统可靠性已能满足靶实验日常运转的要求，每束激光的非均匀性测量值优于１％；这比目前采胜的激光系统三倍频有大改进。     

环境对大型激光陀螺仪的影响研究综述

基于萨格纳克效应的大型激光陀螺仪被认为是精确监测地球自转的合适传感器,可用于潜在的地面科学研究和重大工程应用,如世界时UT1精密测量,地球固体潮观测、旋转地震波探测、广义相对论预言引力磁效应等领域。激光陀螺的灵敏度随环形腔尺寸增大而提高,其运行的长期稳定性受环境变化的影响。本文从激光陀螺仪工作原理出发,梳理了温度、倾斜、气压和风等环境变化对大型激光陀螺仪灵敏度和稳定度的影响,分析说明监测环境因素变化对其输出的萨格纳克频差修正和处置方法,为提高大型激光陀螺仪应用性能提供相关指导。     

激光陀螺高压电源的数字化及实现

本文在分析激光陀螺高压稳流电源工作原理的基础上,利用DSP实现数字PID控制算法,对激光陀螺两臂放电电流进行闭环稳定控制。实现了高精度的激光陀螺数字稳流电源。经过长时间的室温测试实验和高低温测试实验,其单臂稳定度已优于1×10^-4,两臂电流差值的稳定度也已高达1×10^-5。结果表明其性能已经达到了现有激光陀螺模拟稳流电源的性能。激光陀螺高精度数字稳流电源的实现,对未来激光陀螺工作电路实现高度的数字化、集成化和一体化有十分重要的现实意义。     

激光陀螺测试仪中的通信设计

激光陀螺仪是惯性系统的基本元件,它的工作精度直接决定着导航系统的精度。温度变化是激光陀螺产生零偏误差的主要因素,制约了陀螺精度的进一步提高。本文介绍了温度场变化对激光陀螺精度的影响;在设计激光陀螺仪温度测试系统的过程中,详细阐述了激光陀螺测试仪中的通信设计技术及软硬件实现方法,完成了对激光陀螺仪温度和湿度的实时调控。     

激光陀螺动态特性研究（一）

针对激光陀螺动态特性中的带宽特性进行了研究。该文首先分析了激光陀螺的带宽特性指出,激光陀螺具有较高的理论带宽,并分析了影响实际带宽大小的因素,对激光陀螺的带宽进行了实际测试。将激光陀螺装在惯性测量装置(IMU)台体上,采用正弦激励法进行试验。按已设定的频率和幅值给角振动台施加正弦激励,分别采集激光陀螺信号和角振动台信号的输出,对每个频率点采集的数据进行傅里叶变换(FFT)处理并得出结论。为更好说明问题,先后在两台角振动台上进行试验,且IMU与试验工装分刚性连接和带减震器两种状态。测试数据说明,激光陀螺在IMU系统上测试的带宽大于120Hz,理论分析相符,完全满足现代导弹对激光陀螺的带宽要求。该试验可为激光陀螺信号的滤波、激光IMU系统设计等提供参考依据。     

激光陀螺抖动轴失准角对陀螺精度的影响

该文理论分析了二频机抖激光陀螺抖动轴和敏感轴间的失准角对陀螺精度的影响。基于刚体欧拉动力学方程建立了机抖激光陀螺动力学模型,利用刚体绕任意轴转动惯量的计算方法,计算了抖动轴失准角引起的陀螺腔体在陀螺坐标下的惯性积变化,对陀螺高频抖动时由腔体惯性积产生的横侧向力矩引起陀螺敏感轴横侧向变形进而激发单表级圆锥误差的过程进行了定量计算。结果表明,高精度应用场合抖动轴失准角应小于5′。     

光学陀螺捷联惯性系统的发展与展望

综述光学陀螺的发展及其在捷联惯性系统中的应用概况,总结其发展态势和研究方向.在简述光学陀螺的工作原理及优势的基础上,回顾美、欧等国光学陀螺的发展历程以及我国光学陀螺的研究现状,总结了光学陀螺研究的关键技术.概述捷联惯性系统的技术特点及光学陀螺在系统应用上的优势后,回顾了美、欧等国光学陀螺捷联系统的发展历程.针对我国高精...     

激光陀螺IMU的不水平指北标定方法

激光陀螺捷联惯组(SIMU)标定是惯性导航的前提,标定结果的好坏将对惯性导航精度产生直接的影响.根据激光惯性组合(IMU)的误差方程,在激光捷联惯性组合不水平指北情况下,通过12位置的标定方法,抵消地速及重力加速度的影响,从而得出加速度计的误差参数和激光陀螺的常值漂移;然后通过单轴转台,标定出陀螺的安装误差和标度因数.此方法可满足激光陀螺IMU的标定要求.本方案利用最少的测试位置,方法简单,得到了所有需要的信息,利用率高.     

用乙炔稳定二极管激光输出

法国格勒诺布尔市 CSO测量公司的研究人员已发展一种作为干涉测量系统参照源使用的高频稳定激光源 ,该干涉测量系统是巴黎国家气象研究空间中心 (CNES)投资的红外大气探测干涉仪 (IASI)的组成部分。该干涉仪用于对流层和较低同温层中温度、湿度分布的探测和某些化学成分的探测。为满足空间中必须遵循的环境条件 ,激光器和光纤元件必须相当紧凑 ,并提供可靠的频率基准。此干涉仪的核心是运转于 3.6～ 15 .5μm波长范围的迈克尔逊干涉仪。光源是具有甚高 (1× 10 - 7)频率稳定度的激光二极管 ,在此干涉仪为期 5年的使用中 ,其稳定性必须…     

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。     

机抖激光陀螺捷联惯导系统的温度补偿方法

分析了系统温度对机抖激光陀螺捷联惯性导航系统的影响因素,介绍了降低和补偿捷联系统温度误差的4种方法.通过重复性温度实验,利用逐步回归法分析了激光陀螺零偏与温度的关系:通过多项式拟合,分别得到了加速度计的零偏、标度因子和IF转换电路的温度补偿模型,并在捷联系统中得到应用.对其中的两种方法进行了实验研究和导航测试,并对两种方法的补偿效果进行了对比.结果表明:通过温度实验得到惯性器件的温度补偿模型对其温度误差进行实时补偿是捷联系统最理想的补偿方法.补偿后系统定位测试1 h的圆概率误差(CEP)优于0.3 n mile/h.达到国内先进水平.     

基于LSSVM的激光陀螺随机误差系数预测

激光陀螺是一种具有广阔应用前景的新型惯性器件.为了提高激光陀螺的性能,有效地补偿激光陀螺的随机误差,提出了最小二乘支持向量机预测激光陀螺随机误差系数的新方法.采用遗传算法进行支持向量机参数的自动选取,提出了基于遗传优化的最小二乘支持向量机回归预测算法,并对激光陀螺随机误差系数进行了预测实验.实验结果表明,基于遗传算法的最小二乘支持向量机的预测精度更高.另外,研究了回归步长对预测效果的影响.预测结果表明,不同的回归步长对预测结果有较大的影响.     

弹性表面波陀螺

本文介绍弹性表面波陀螺的概况.和激光陀螺一样,弹性表面波陀螺的理论也是在赛格奈克理论基础上建立的.这类陀螺的灵敏度取决于1/λc(λ为波长;c为波速),由于表面波速比光速慢得多,就有可能得到比激光陀螺更高的灵敏度.表面波陀螺有几种基本结构形式,其中有一种利用无接触的电磁换能器的双向性,在旋转园柱体表面产生方向相反的两束表面波,使之形成驻波,由接收换能器接收.根据接收到的讯号可以测定频率及园柱体转速等数据.表面波陀螺比激光陀螺可能有更多的优点:如灵敏度高、体积小、重量轻、设计简单、加工容易及价格便宜等.     

光纤陀螺惯性平台数字稳定回路设计

为了延长某型导弹训练惯性平台的使用寿命,提出了组建光纤陀螺惯性平台稳定系统的设计方案.该新型惯性平台系统在原有平台机械结构的基础上,采用干涉式光纤陀螺代替原有的气浮单自由度陀螺仪作为惯性平台的敏感元件.重新建立了平台系统稳定回路的数学模型,并运用经典博德图方法设计了系统的校正网络,给出了基于DSP的数字校正网络的实现方法.Simulink仿真结果表明,该数字稳定回路具有较好的动态性能和稳态性能,能够满足系统的设计要求.经初步实验验证,该光纤陀螺惯性平台系统已实现功能要求.目前该方案已应用于某型导弹的平台改造研制中.     

抖动偏频激光陀螺抖动信号的自适应对消

根据抖动偏频激光陀螺的输入、输出信号模型,提出利用自适应噪声对消技术消除陀螺抖动信号.使用恰当的算法,自适应噪声对消器能够自适应地跟踪并最佳地消除抖动信号,提取所需的惯性角速率信息.     

斜装激光陀螺石英加速度计标定算法研究

对斜装激光陀螺石英加速度计的标定算法进行了研究。在对斜装原理分析的基础上,分别建立了激光陀螺和石英加速度计的误差模型。基于大理石平板和速率转台,设计了基于最小二乘法的斜装标定算法。该算法省去了复杂的标定工装的设计环节,减少了误差积累,具有精度高,残差小,经济方便的优点。将该算法标定的误差参数在导航软件中进行补偿,激光陀螺精度优于0.05 (° )/h,石英加速度计精度优于5×10-5g0(g0=9.8 m/s2)的激光惯性测量装置,10 min静态导航精度优于10 m,6 min动态导航精度优于40 m。完全满足工程应用中对高精度激光惯性测量装置的参数分离要求。