Y波导残余强度调制对IFOG性能的影响

本文首先通过正弦波调制下干涉信号光强分析解调出光纤陀螺的输出信号,进而得出残余强度调制存在的情况下陀螺输出信号的变化情况,同时,通过分析陀螺信号的变化说明残余强度调制对光纤陀螺性能的影响与陀螺精度要求有关,精度越高,其影响越明显.其次,具体分析了数字闭环光纤陀螺受残余强度调制影响的情况下,其解调输出电压变化引起的数字阶梯高度变化,并通过残余强度调制系数与数字阶梯高度的关系式,说明了残余强度调制对光纤陀螺零偏和标度因数的影响.最后,对所得出的残余强度调制系数与光纤陀螺标度因数稳定性的关系进行了Matlab仿真,通过仿真结果,更进一步说明残余强度调制对数字闭环光纤陀螺标度因数稳定性的影响.     

光纤陀螺双方波调制方法及其实验研究

零偏稳定性是评价光纤陀螺性能的一个重要指标,Y波导的2π电压准确度和电路中的交叉干扰大小在一定程度上决定了零偏稳定性.常用的方波调制在零转速附近对2π电压的调整缓慢,导致2π电压准确度无法保证,同时引入了较大的交叉干扰,在高精度陀螺中已经很难满足性能要求.本文提出的双方波调制解调方法,能够在任意转速下快速调整2π电压,在零转速附近调整时间由方波调制的300 s缩短到1 s,使陀螺在全工作温度范围内正常工作;同时,运用相干检测理论对方波调制和双方波调制的交叉干扰特性进行了深入研究,得到双方波调制可以抑制交叉干扰的结论,实验表明陀螺零位偏差由方波调制的0.22°/h减小到0.06°/h,改善了陀螺的零偏稳定性.     

光纤陀螺性能数字评价系统的可视化研究

开发了一种接收并处理光纤陀螺信号的数字评价系统,它通过计算光纤陀螺的零漂、零偏重复性、标度因数等来评价光纤陀螺的性能。在Windows平台下采用VC 设计的数字采集处理系统能够实时控制进程、高速收发数据以及用图形和文字可视化显示其结果,并引进了帧结构来减少传输误差,使系统的可靠性增加,误码率也同时降低。     

光源光功率和偏振度对闭环光纤陀螺的影响

在建立闭环光纤陀螺光路数学模型的基础上,结合检测电路的闭环算法,分析了光源光功率、偏振度对闭环光纤陀螺的影响,推导出闭环光纤陀螺固有的标度因数误差,并进行了计算机仿真和实验验证,结果表明在实际闭环光纤陀螺中电路增益已经足够大使得光功率波动对其没有影响;通过减小和稳定光源出射光的偏振度有利于降低陀螺噪声,提高零偏长期稳定性和减小闭环光纤陀螺固有标度因数误差.     

全数字开环光纤陀螺工作点实时控制

工作点控制是实用型开环光纤陀螺必须解决的技术问题,为此提出了全数字开环光纤陀螺工作点控制方案。在不增加硬件的情况下,通过提取陀螺信号中的二、四次谐波幅值获得陀螺工作点信号,并作为控制输入量,调整调制信号的幅度,实现对陀螺工作点的实时控制。实验表明,该方案在宽温度范围内使陀螺工作点稳定性达到1.16×10-3,偏差为3.1×10-4,在-40℃到60℃范围内的启动时间小于10s。     

IFOG中相位调制器的残余强度调制及其测量

利用开环正弦波调制解调方法,推导了铌酸锂相位调制器的残余强度调制(简称RIM)对干涉型光纤陀螺(简称IFOG)信号的影响,指出在调制频率漂移或光纤环渡越时间变化时RIM可导致陀螺的零偏和噪声增大.对典型条件的计算表明,0.01°/h的IFOG容许的最大RIM为13ppm,0.1°/h的中低精度IFOG则为81ppm.提出利用锁相放大器精确测量相位调制器RIM的方法,并对国产器件进行测量,结果表明,器件RIM指标可在中低精度IFOG中应用.     

光纤陀螺的温度试验与误差补偿

分析了光纤陀螺的温度特性及非线性特性,并在组建光纤陀螺温度试验系统的基础上,进行了全温度范围下的位置试验和角速率试验,研究不同的温度及输入角速率对光纤陀螺输出的影响.根据试验结果,分别建立了光纤陀螺零偏的温度模型以及标度因数的温度和非线性模型,并采用最小二乘法拟合模型的参数.通过实测数据进行仿真验证,结果表明,建立的模型能够较好地描述光纤陀螺的温度及非线性特性,利用该模型进行光纤陀螺的温度和非线性误差补偿,取得了较好的效果,光纤陀螺的测试精度得到了较大程度的提高.     

高精度光纤陀螺信号的在线建模与滤波

针对高精度光纤陀螺随机误差,在分析其一般时间序列模型的基础上,提出了一种改进型二阶自回归AR(2)模型,可以在线建立光纤陀螺随机误差模型.根据该模型,采用卡尔曼滤波算法,实现了光纤陀螺惯导系统在对准与导航过程中光纤陀螺随机误差的实时滤波.滤波结果和Allan方差分析证明,光纤陀螺信号中角随机游走、零偏不稳定性、速率随机游走、速率斜坡和量化噪声五项噪声源误差系数都小于滤波前的二分之一,有效减小了光纤陀螺随机误差,提高了光纤陀螺精度.     

光纤陀螺组件误差标定ARLS算法

捷联惯性导航系统误差参数标定的准确程度对于系统的导航和定位精度具有重要影响.针对常规速率标定法不能辩识陀螺零偏,未充分预热时光纤陀螺的误差标定易受温度变化影响这两个问题,提出了一种用于光纤陀螺捷联惯性导航系统的新标定算法--自适应递推最小二乘法(ARLS).在建立光纤陀螺误差及其补偿模型的基础上,通过大量温度实验研究了自适应遗忘因子的求取方法,详细推导了ARLS算法及其实现思路.最后通过算法仿真和速率试验证明了在器件特性不稳定条件下,ARLS算法能有效辨识陀螺的误差参数及减小温度变化对光纤陀螺误差标定的影响.     

闭环光纤陀螺数字控制器的设计与仿真

数字闭环光纤陀螺可以看作一个数字控制系统,根据陀螺工作原理推导出系统离散传递函数。为消除稳态误差及改善零偏稳定性,数字控制器中加入积分环节和滑动平均滤波器,并引入PID 控制算法改善系统动态特性。根轨迹分析表明,控制器增益过大将引起系统不稳定。仿真结果显示,加入综合所得数字控制器,可以满足陀螺实际应用需要。     

Analysis and simulation of a fiber optical gyroscope with Shupe error compensated optically

Shupe error, a kind of bias error over temperature-varying environments, still exists even with strict quadrupolar winding pattern, and it affects the environment adaptability of fiber optical gyroscope (FOG) and limits its application. A novel configuration to realize optical compensation for Shupe error in FOG is promoted, employing the opposite polarity of Shupe error in two FOGs working with polarization-maintained (PM) fiber’s fast and slow axis, respectively, in a single PM fiber coil. Analysis is also made for polarization non-reciprocity (PNR) in both FOGs, based on which the optimum coupling angles between integrated optic chip and PM fiber coil are obtained to guarantee that Shupe error arising from both FOGs can be counteracted to zero, and PNR error is suppressed to be minimum at the same time.     

光纤陀螺刻度因子的建模方法

针对低精度光纤陀螺(FOG)刻度因子线性度较差的问题,提出了采用径向基函数(RBF)神经网络对刻度因子进行建模的方法,以减小光纤陀螺输出误差。通过测量数据对 RBF 神经网络进行训练,获得神经网络参数,根据神经网络结构和参数可以得到非线性刻度因子的解析表达式,将其作为刻度因子的模型,来提高 FOG 的精度。同时将 RBF 神经网络对刻度因子进行建模的结果与传统的建模结果进行了比较,验证了采用 RBF 神经网络对低精度刻度因子建模是非常有效的。     

基于最小二乘平滑滤波与CEEMDAN的光纤陀螺信号处理研究

针对光纤陀螺在面板堆石坝面板挠度监测中易受到噪声干扰,难以准确提取反映结构变形特征信号的实际问题,提出一种基于最小二乘平滑滤波与CEEMDAN混合降噪的方法。该方法运用CEEMDAN将光纤陀螺实测信号进行分解,得到一系列IMF分量。分别对每一阶IMF分量进行傅里叶频谱分析得到幅值谱图和幅值的方差,根据幅值方差的大小判断噪声IMF分量与有用信号IMF分量的分界,结合最小二乘平滑滤波对噪声IMF分量进行降噪。最后将降噪后的IMF分量与有用信号IMF分量进行重构,得到降噪后的光纤陀螺信号。通过对仿真信号和水布垭面板堆石坝面板挠度监测的实测数据进行分析,该方法能有效滤除噪声信号,准确提取反映结构变形的特征信号,验证了该方法对实际工程中光纤陀螺测量信号降噪的可行性和适用性。     

基于光纤陀螺的捷联寻北仪误差分析

光纤陀螺寻北仪的静态误差包括陀螺误差、倾斜角测量误差、安装误差、转位控制误差、物理量(纬度、地球重力加速度)误差等.分析各种误差对四位置寻北精度的影响机理,重点详细推导误差模型,并进行仿真验证.仿真结果表明:陀螺精度对寻北精度的影响最大;转位误差和安装误差的影响大于倾斜角测量误差影响,纬度误差影响最小;同时,除安装误差...     

单轴光纤陀螺光学结构的研究与实现

针对实际系统中的单轴干涉式光纤陀螺仪结构与稳定性问题,提出将Lyot消偏器引入到陀螺光学结构中,新结构在不改变原陀螺光路高精度特性的基础上,使系统输入极低偏振度的自然光,提高了单轴光纤陀螺的精度和稳定性.利用琼斯矩阵与干涉矩阵建立了单轴干涉式光纤陀螺的系统模型,对该陀螺的输出及零点偏移情况进行了仿真分析和实验研究.结果表明,该设计结构在提高了陀螺系统的精度与稳定性的同时,还在一定程度上降低了系统对光源偏振度的要求.     

光纤陀螺随机误差的集成建模及滤波处理

为了对光纤陀螺仪随机误差进行分析处理,提高其使用精度,提出了一种经验模态分解与时间序列模型相结合的误差分析建模方法。以经验模态分解得到的本征模态函数为基础,分层进行ARMA建模;在模型基础上逐层进行Kalman滤波,实现对于随机漂移信号的滤除;最后通过信号重构,完成了从全频率角度对光纤陀螺仪随机误差进行分析建模的构想。与其他建模方法相比,该方法对于原始数据的模拟匹配程度更高,试验结果进一步表明,本文方法有效去除了光纤陀螺仪的随机漂移,提高了光纤陀螺仪的使用精度。     

数字闭环光纤陀螺输出滤波器设计

在数字闭环光纤陀螺中,数字输出信号由高抽样率的反馈信号抽取得到,为避免抽取过程中发生频域混迭,应加入输出滤波器对信号进行低通滤波。根据多抽样率数字信号理论,采用多级抽取滤波器的设计方法,为陀螺设计输出滤波器。和一级低通滤波器比较说明,所设计的三级抽取滤波器,运算量小、滤波效果好。测试结果表明,加入输出滤波器不改变陀螺静态特性,抑制了振动时引起的高频误差,提高了陀螺精度。     

Analysis of sensing coil polarization properties' effect on performance of fiber optical gyroscope

The mechanism of fiber coil polarization properties' effect on the performance of a fiber optical gyroscope (FOG) is investigated with analysis of secondary wave trains' polarization evolution and interference in the fiber coil. Based on the optical model, the simulation demonstrates that the bias error varies nonlinearly with the fiber coil polarization crosstalk, and the experiment verifies the analysis and simulation result, so some measures are promoted to reduce the bias' dependence on the fiber coil's polarization properties, which is significant for improving environmental adaptability and long-term stability of the FOG.     

An investigation of secondary wave-induced intensity modulation in fibre optic gyroscope

We propose a double-eigenfrequency-based method to determine the magnitude of the mode-mismatch-induced secondary waves in integrated optic chip in a fibre optic gyroscope (FOG). The experimental results show that the mode-mismatch-induced secondary waves have a magnitude corresponding to power coupling of ~?91.5 dB in the IOC. Based on the obtained secondary waves’ magnitude, the effect of secondary wave-induced intensity modulation on the FOG performance is investigated, and the simulation results show that it causes a scale factor error of ~0.01 ppm for a high-precision FOG (bias stability ~0.001 °/h).