谐振式光纤陀螺的系统分析

采用矩阵法从理论上推导了偏振误差所引起的陀螺零漂,利用计算机仿真进行了理论验证;其次针对谐振式光纤陀螺系统光源的选择进行分析,并通过实验验证光源线宽对光纤环谐振曲线的影响;最后,分析了光纤陀螺的检测方案以及光纤陀螺的发展趋势.从噪声因素、器件选择以及信号检测几方面对谐振式光纤陀螺系统进行分析,为谐振式光纤陀螺系统的构建提供了理论及实验基础.     

共线TE-TM模式转换器中的陀螺效应

简要介绍了声表面波(SAW)陀螺效应及TE-TM模式转换理论,提出了检测SAW陀螺效应的一种新方法.该方法的核心是通过模式耦合理论的作用,把SAW陀螺效应引起的器件轻微形变反应到器件耦合效率的变化中,通过检测特定偏振态的出射光强度进而推算出陀螺的转动角速度.讨论了检测SAW陀螺效应的实验方案,设计了检测系统,并推导出了陀螺效应的系统测量公式.     

机抖激光陀螺检测电路前置放大器的设计与分析

首先简单介绍了激光陀螺信号特点,在此基础上设计一种实用的低噪声、大动态范围的激光陀螺前置放大整形电路。分析了该放大电路的基本工作原理,计算了放大电路的传递函数、相对误差和噪声。理论分析和实验结果表明：该放大整形电路完全能够满足激光陀螺的实用要求,并成功应用于机抖激光陀螺检测系统上,取得了良好的效果。     

谐振式集成光学陀螺三角波调制误差分析

在基于模拟三角波相位调制技术的谐振式集成光学陀螺(IORG)调制方案中,调制三角波参数受外界环境等变化而产生波动是陀螺输出误差的主要来源之一。给出了调制三角波参数与陀螺输出的特性关系;分析了调制三角波参数波动与陀螺标度因数的变化关系;仿真计算了调制三角波参数波动与陀螺输出非线性度的关系。搭建了IORG实验系统,通过采用精密高频波形产生器产生调制三角波,得到了1h零偏稳定性为0.69(°)/s,±500(°)/s动态范围内非线性度为0.96%的陀螺输出。实验验证了理论分析计算方法的正确性以及采用模拟三角波调制方法改善集成光学陀螺检测精度的可行性。     

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。     

基于单轴光纤陀螺的曲线桥线形检测方法研究

针对现有基于单轴光纤陀螺的惯性检测系统无法用于曲线桥结构线形的局限,提出了一种基于单轴光纤陀螺的曲线桥有轨线形检测方法。首先,阐述了基于单轴光纤陀螺的直线桥线形检测原理、陀螺的误差来源和曲线桥检测难点,根据导航算法对单轴光纤陀螺检测弯道线形可行性进行分析;然后,搭建曲线型试验轨道和一套轨道检测小车及无线线形采集系统;最后,将集成好的线形检测系统在试验轨道上测试,通过改变试验轨道形变程度构造不同试验工况,将实际测量结果与千分尺测量结果对比以验证理论的可行性和准确性。结果表明,该方法可以识别不同工况下曲线型轨道形变程度,测量精度优于1 mm,具有测量原理简单、系统实现和检测成本低的优势,结合桥梁检测轨道的配备,可为各类大型桥梁提供不封桥、不停运形变检测新思路。     

谐振式光纤陀螺调相检测分析

谐振式光纤陀螺（R—FOG）是新一代惯性旋转传感器的代表。在陀螺系统中，信号检测系统占有非常重要的地位，其检测精度的大小直接影响陀螺的分辨率，而解调曲线的优化能够进一步提高检测系统的灵敏度。利用贝塞尔函数展开和光波场叠加的方法分析了谐振式光纤陀螺调相检测系统解调输出信号与谐振频率偏差之间的关系，系统采用的是带有铌酸锂相位调制器的相位谱检测技术。根据解调输出信号的解析表达式，通过数值计算，分析了解调曲线的变化规律，得到了施加在铌酸锂相位调制器上调制波形的最佳调制系数和相应的最佳调制频率范围，并进一步用实验系统验证了上述分析结果。     

基于光纤陀螺的桥梁路面平整度检测研究

光纤陀螺线形检测系统是一种测量路面线形曲线的检测方法。结合光纤陀螺线形检测原理以及常用的路面平整度指标,研究了一种基于光纤陀螺的路面平整度指标获取方法。实验分析和应用结果证明,线形测量过程中所采集的光纤陀螺角速度概率分布和标准差与路面平整度具有较强的关联性。通过提取光纤陀螺检测桥梁线形的高程标准差,可得到路面平整度系数。本方法可反映路面的宏观平整度以及路面传递至车辆的行车舒适性,并且可实现桥梁线形和平整度的同时测量,具有方便高效准确的优点和较大的应用推广价值。     

光纤陀螺光源筛选与评价方法研究

针对光纤陀螺工程化对超辐射发光二极管(SLD)光源筛选的需求,开展了光源筛选和评价方法的试验和理论分析研究。通过构建光纤陀螺光源综合调试和检测系统,对SLD光源所有外部可获取特征进行了实时监测。测试和理论分析结果表明,SLD的离散特性主要受光源内部组件特性的影响;在散热充分的情况下,SLD的离散性可近似由TEC等效内阻、温控电流、热敏电阻温度系数和发光芯片功率来表征;SLD光源的常规评价指标与上述指标相结合,可更为完备地对光源进行筛选。另外,构建的光纤陀螺光源综合调试和检测系统也可直接作为光源筛选系统。     

R-FOG信号检测系统低通滤波器设计

设计了一种低截止频率、低FPGA资源占用率、高采样率的应用于谐振式光学陀螺 （Resonator Fiber Optic Gyro, R-FOG）数字信号检测系统中面向锁相放大器的低通数字滤波器。简化了滤波器的算法并进行了理论仿真和实验测试,结果表明该滤波器最低截止频率达到0.14Hz,采样率为40MHz,FPGA资源占用率降低至3%,阶数及截止频率调节方式操作简便,且幅频特性和相频特性优良。在谐振式光学陀螺信号检测系统中进行了测试,解调曲线零基准点稳定性明显提高。适用于以谐振式光学陀螺输出信号为代表的微弱信号检测系统。     

光纤陀螺系统中信号光反馈下的激光光源强度噪声特性研究

从建立光纤陀螺激光光源受信号光反馈作用时的等效腔模型出发,对影响光源强度噪声的诸因素进行了理论分析,结果与实验很好符合,并提出了消除信号光反馈对系统性能影响的方法.     

数字化脉冲激光引信探测系统设计与信号处理

针对以往模拟脉冲激光引信探测系统存在的测距误差较大的缺点,为进一步提高脉冲激光引信的测距精度,设计了一种数字化脉冲激光引信探测系统.该探测系统包括发射、接收和信号处理3部分,其中信号处理部分主要实现脉冲回波信号的高速实时采样与缓存、信噪比增强与时延估计.采用双通道ADC并行采样,实现了以200 MHz的等效采样频率对脉冲回波信号进行高速采样.当脉冲回波信号很微弱时,采用多脉冲相干平均算法提高了其信噪比,增强了对微弱回波信号的检测能力.通过最小二乘时延估计算法得到了回波时延,进而计算得到目标距离.测距实验结果表明:该探测系统测距精度较高,最大测距误差为0.25 m.     

测地激光陀螺仪的倾斜角误差分析

测地激光陀螺仪是测量地球自转角速度的重要工具,为世界时(universal time,UT1) 解算提供依据。环境变化会影响测地激光陀螺仪光学腔的几何形状,从而影响陀螺仪的测量精度。本文主要针对由测地激光陀螺仪平面倾斜带来的陀螺仪萨格奈克(Sagnac) 频差之误差进行研究,结合基本误差理论、坐标系理论,推导出倾斜对陀螺仪旋转角速度影响的理论模型;利用艾伦方差法(Allan deviation,AD) 分析3个实验室的倾斜数据,并根据分析结果对原始数据作去噪处理;在此基础上使用时间序列法建立倾斜误差补偿模型,将倾斜造成的角速度误差降低一个量级,使输出的Sagnac频差更接近理论值。表明通过构建合理的倾斜误差补偿模型,可以改善陀螺仪输出数据的噪声水平,为陀螺仪进一步优化运行环境及相关数据的处理方法提供参考。     

Observation and analysis of noise due to birefringence modulation in a fibre-optic gyroscope

The noise due to the birefringence modulation of a nonideal phase modulator in a fibre-optic gyroscope is investigated. Theoretical analysis and experimental observation show that there is a definite ?/2 phase difference between this noise and the Sagnac signal at the modulation frequency.     

Optically coherent direct modulated FM analog link with phase noisecanceling circuit

This paper demonstrates a new phase noise canceling (PNC) circuit for use with an optically coherent analog frequency modulation (FM) link employing directly modulated distributed feedback (DFB) lasers. Direct frequency modulation of a semiconductor laser is a highly efficient optical-to-electrical conversion process, which can lead to very low noise figure (NF) and high dynamic range (DR). However, the large laser phase noise found in semiconductor lasers significantly degrades the FM link performance. The PNC circuit is a simple means for canceling the laser phase noise while extracting the modulated signal and taking advantage of the high FM conversion efficiency of semiconductor lasers. The theoretical performance of the PNC PM link is discussed in terms of the signal-to-noise ratio (SNR), NF, and DR, and is compared to a Mach-Zehnder modulated link which uses high-power, solid-state lasers. Phase noise cancellation is demonstrated in an experimental PNC FM link. Comparison of a PNC FM link to an externally modulated AM (coherent) link shows a 31 dB improvement in the NF of the FM link, and a 10 dB improvement in DR. However at higher received optical powers phase-to-intensity noise limits the performance of both links to well below the theoretical calculations     

波长调制光谱检测下限计算方法的研究

在基于波长调制光谱技术的大气痕量气体检测下限计算方法的研究中,全面准确地描述吸收信号及噪声的大小极为重要。为了探讨半导体二极管激光器在进行波长直接调制时伴随产生的残余振幅调制噪声对检测下限的影响,在理论推导中采用了一种同时考虑波长和振幅调制的二次谐波信号分析及提取方法,以二次谐波信号峰谷差值作为系统的检测信号,对可调谐二极管激光器吸收光谱检测系统的信噪比和检测下限进行了理论分析,取得了洛伦兹吸收线型条件下残余振幅调制噪声对系统信噪比和检测下限的影响的精确计算数据。结果表明,在吸收线的线宽较大的检测条件下,残余振幅调制噪声是影响检测下限的重要因素。     

FM subcarrier fiber optical transmission system design and itsapplication in next-generation wireless access

This paper presents a design method of optical frequency modulation (FM) subcarrier (with super carrier) transmission modem. The nonideal link characteristics, including laser chirping, fiber dispersion, voltage controlled oscillator (VCO) phase noise, relative intensity noise (RIN), and equivalent network model of laser diode of such a system that may bring about signal distortion are discussed first. We then propose a hierarchical methods to establish the system equivalent model. Finally this FM modem is applied to a GSM wireless system, in which multichannel signals are transmitted over fiber between radio port and basestation, and system performance is appraised by its dynamic range. It is found that optical FM subcarrier (with super carrier) transmission technique can improve the system dynamic range, compared with the intensity modulated direct detection (IMDD) method, and this is a economical and efficient method     

CORDIC algorithm based digital detection technique applied in resonator fiber optic gyroscope

A digital detection technique based on the coordinate rotation digital computer (CORDIC) algorithm is proposed for a resonator fiber optic gyroscope (R-FOG). It makes the generation of modulation signal, synchronous demodulation and signal processing in R-FOG to be realized in a single field programmable gate array (FPGA). The frequency synthesis and synchronous detection techniques based on the CORDIC algorithm have been analyzed and designed firstly. The experimental results indicate that the precision of the detection circuit satisfies the requirements for the closed-loop feedback in R-FOG system. The frequency of the laser is locked to the resonance frequency of the fiber ring resonator stably and the open-loop gyro output signal is observed successfully. The dynamic range and the bias drift of the R-FOG are ±1.91 rad/s and 0.005 rad/s over 10 s, respectively.     

基于改进小波变换的MEMS陀螺信号去噪算法

为提高MEMS陀螺仪测量精度,抑制测量噪声对其造成的影响,该文分析了某型号MEMS陀螺仪误差特性,提出基于递归最小二乘法(RLS)多重小波分解重构的强追踪自反馈模型,建立新的软阈值函数。由于模型处理后的数据带有部分奇异值,该文提出了一种改进的中值滤波算法。对于陀螺仪零偏噪声问题,提出零偏不稳定性抑制算法,并对该算法模型进行了详细的描述。将某项目研究中列车姿态测量系统的实验数据应用到该算法模型中。测试实验分为静态、动态两组,其结果均表明：该算法减小了信号中的噪声,有效地抑制了MEMS陀螺仪随机漂移,提高了姿态解算的精度。肯定了该算法对陀螺仪输出信号噪声去除,以及使用精度提升的可行性和有效性。