光纤陀螺标度因数与零偏测试及评价方法研究

为对舰船航姿测量系统应用背景下不同型号干涉型光纤陀螺(IFOG)的性能优劣做出准确评价,在[-35°/s,35°/s]角速度范围和100 Hz数据采样频率下,对两种型号的IFOG进行标度因数和零偏测试,并对其参数测试和性能评价方法进行研究。结果表明:在[-35°/s,35°/s]角速度范围内,B-215型IFOG的标度因数非线性度(剔除±20°/s奇异角速度点)优于KVH-13型,且两种IFOG在该范围内的标度因数非线性度均大于其在全量程范围内的标度因数非线性度;在100 Hz采样频率下,KVH-13型IFOG的零偏稳定性优于B-215型,且B-215型IFOG在该频率下的零偏稳定性优于其在2 000 Hz下的零偏稳定性。该测试方法可得出在特定测量范围和采样频率下IFOG的性能参数,有助于提高不同型号IFOG产品的可比性,为实际应用中IFOG的选型提供依据。     

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.     

光纤陀螺在摇摆状态下的误差建模与补偿

光纤陀螺在摇摆运动条件下存在不可忽略的角速率测量误差,该项误差制约了光纤陀螺捷联系统在恶劣角动态应用环境下的精度。针对这种情况,基于自动控制理论和光纤陀螺闭环控制方案,分析了闭环光纤陀螺摇摆误差的产生机理,指出角加速度是导致摇摆误差的主要因素。随后建立了光纤陀螺摇摆误差的简化模型,并提出了摇摆误差补偿算法。最后采用基于等效输入原理的动态特性测试方法,在不同的摇摆频率下对光纤陀螺进行了摇摆误差测试和补偿试验。试验结果表明,补偿后摇摆误差减小了一个数量级,验证了理论模型的准确性和补偿算法的有效性。     

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.     

光纤陀螺的温度特性分析及其建模研究

本文首次从光纤陀螺(IFOG)零偏的温度可重复性、不同IFOG的零偏随温度变化的差异性、温度梯度对IFOG零偏的影响、缓慢温度变化对IFOG零偏和标度因数的影响等方面对IFOG的温度特性进行了全面的实验研究,并首次利用小波分析建立了IFOG零偏和标度因数随温度变化的实时补偿模型.     

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.     

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...     

光纤陀螺静态寻北算法的误差分析

以光纤陀螺静态寻北原理为基础,建立了3种常用寻北算法的误差模型,并定量计算算法中参数对寻北误差的影响。对3种模型的分析仿真结果表明,四位置寻北算法的寻北精度高,算法比较稳定,对纬度等寻北参数的敏感度小。     

光纤陀螺掺铒光纤光源消偏技术

针对泵浦偏振态对高精度光纤陀螺掺铒光纤光源平均波长稳定性产生影响的问题,设计了掺铒光纤光源泵浦消偏的结构,该结构采用Lyot光纤消偏器来对泵浦光进行消偏,理论分析了该结构中Lyot消偏器结构参数的选取.实验验证了掺铒光纤光源的波分复用器具有偏振特性,会影响掺铒光纤光源平均波长稳定性,采用设计的泵浦消偏结构可有效消除波分...     

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.     

前置放大电路带宽对开环光纤陀螺标度因数非线性度的影响

标度因数非线性反应了光纤陀螺在动态范围内输出的偏差度.在开环光纤陀螺中,由于相位调制存在非线性会影响标度因数的线性性.加之前放带宽有限,会使标度因数非线性现象进一步恶化.本文理论分析了,由于滤波器对各次谐波增益不一致,造成标度因数线性度恶化的各种因素.实验结果表明,要使标度因数非线性度小于500ppm,如前放采用一阶R...     

光纤陀螺寻北仪样机设计及系统测试

提出了一种基于光纤陀螺的动态寻北方案,运用光纤陀螺测量地球角速度的北向分量.通过对光纤陀螺输出的正弦信号的采样和处理,即可得到地球表面某参考点的方位.描述了光纤陀螺寻北仪的工作原理及系统样机组成,详细分析了转台台面倾斜误差对寻北精度的影响,采用加速度计对寻北精度进行补偿提高.采用多周期多位置采样技术,有效地抑制了光纤陀螺的测量噪声.测试结果表明,在3 min之内可获得5'的真北角精度.     

总方差方法在光纤陀螺随机误差分析中的应用

总方差方法被引入到光纤陀螺随机误差特性分析当中,有效克服了传统Allan方差法在长相关时间上计算易出现“崩溃”的问题.但用它直接分析光纤陀螺随机噪声存在算法偏差,不能真实反映角度随机游走噪声、量化噪声和指数相关噪声方差值,因此在算法上对总方差提出改进,使其适用于光纤陀螺噪声分析.对模拟的各项随机噪声进行仿真计算,验证改进后总方差方法可有效辨识噪声类型和水平.对光纤陀螺实测数据方差分析表明改进的总方差方法在平均因子较大的情况下可提高估计置信度,方差值稳定性好,比Allan方差法能更精确地分析出噪声项系数.     

光纤电压互感器蝇电光晶体对测量精度的影响

光纤电压互感器中电光晶体ＢＧＯ（Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２）的缺陷,杂质及内部残余应力引起自然双折射,降低仪器的电压测量精度。从理论上分析了晶体在不同方向应力时不同通光方向上的双折射,又从热光效应的原理出发,推导出调制度的变化与温度、电压之间的定量关系,得出调制深度对温度的变化率与调制度本身成正比、与外施电压成正比的结论。因此为提高仪器的温度稳定性,保证必要的灵敏度,必须使施加到电光晶体上的电压合理。ＢＧ     

光纤位移干涉仪测高速漫反射面速度误差分析

首次从理论上分析基于单模光纤的位移干涉仪用于高速漫反射面速度测量的相位误差,包括来源和大小及其与系统各参量的关系.计算了光束从光纤出射,经漫反射面反射,再耦合进单模光纤的光场表达式.结果表明,相位误差的来源包括两部分:光束传输衍射效应及漫反射面表面的随机相位特性.由相位误差引起的位移和速度相对误差都在10-6量级,并且同时采用VISAR和光纤位移干涉仪来测量爆轰加载下铜飞片的速度轨迹.实验结果表明,单模光纤位移干涉仪的实际测量精度可以和VISAR相当,证明了单模光纤位移干涉仪用于高速漫反射面速度测量的可行性.     

码型调制技术在光纤通信系统中的应用

近年来,互联网业务的飞速增长对骨干网及接入网的传输容量和速率提出了越来越高的要求,尤其是语音和视频业务的发展,大大刺激了光纤通信技术的发展。新型调制格式DPSK、DQPSK等由于具有较高的频谱利用率和抗噪声能力,而逐渐成为商用电信网络中的主要调制格式;D8PSK调制格式由于具有更高的比特/符号率,也受到了越来越多的关注。论文介绍了光信号调制/解调的基本原理及在调制/解调光信号的过程中发挥重大作用的Mach-Zehnder调制器,并重点介绍OOK、DPSK、DQPSK、D8PSK信号的调制/解调原理及性能。     

Temperature-dependent,polarization-induced bias errors in a resonator integrated optical gyroscope

The performance of a resonator integrated optical gyroscope (RIOG) is inevitably influenced by polarization noise. In this work, the effects of temperature-dependent polarization on the performances of an integrated optical resonator (IOR) and a RIOG are formulated mathematically and analyzed. Firstly, resonant curves with different polarization extinction ratios (PERs) and different temperature fluctuations are demonstrated. The main performances of the IOR, i.e. depth and full width at half maximum (FWHM), are not only influenced by the waveguide birefringence, but also by the intensity coupling coefficient of the couplers, both of which change with the variation of temperature. Secondly, the relationship between the variation of temperature and the variation of depth, as well as the FWHM, are obtained. Thirdly, in order to evaluate the zero bias error caused by the temperature-dependent polarization, resonant asymmetry ratio (RAR) is introduced, which is strongly dependent on the temperature fluctuation. A relationship between the bias error caused by the polarization and the temperature fluctuation is proposed. A large PER of the input beam and a high temperature stability are required to reduce the bias error and achieve a high bias stability of the silica RIOG.     

利用OTDR显示曲线的衰减突变判定光纤非反射故障点的位置

着重介绍一种利用ＯＴＤＲ显示曲线的衰减突变判定光纤非反射故障点位置的简单而准确的方法。