基于锯齿波偏频的谐振式光纤陀螺标度因数测试

针对转台测试谐振式光纤陀螺标度因数时存在的测试精度受限于转台性能影响的问题,提出一种基于锯齿波等效输入的陀螺标度因数测试方法.通过在相位调制器上叠加锯齿波偏频信号用于模拟角速度输入,分析了实际转台输入和模拟角速度输入下谐振式光纤陀螺闭环传递函数,推导了偏频锯齿波信号参数与实际输入角速度的对应关系,理论证明了其技术可行性.搭建了基于锯齿波偏频的陀螺标度因数测试系统,对研制的陀螺样机进行了标度因数及非线性度测试,基于锯齿波偏频方法测得的陀螺标度因数与实际转台测试结果基本一致,且标度因数非线性度从0.42%优化到0.26%.研究表明基于锯齿波偏频的谐振式光纤陀螺标度因数快速标定测试方法不仅可以精确测得标度因数,还可有效抑制转台振动等环境干扰引入的测量误差.     

闭环光纤陀螺全数字式信号检测方法研究

研制成功基于阶梯波调制技术的闭环光纤陀螺全数字式信号检测系统.提出了闭环光纤陀螺几个重要参数的测试方法,并给出了实验结果.     

闭环光纤陀螺死区及光功率交扰误差的研究

数字闭环光纤陀螺引入的死区问题限制了其向更高性能惯性导航系统的应用。采用数学模型分析了数字闭环光纤陀螺死区的成因是反馈相关误差干扰,通过simulink仿真工具对死区现象进行了仿真,对比陀螺死区测试对模型进行了验证。以此为基础提出了电光合串扰造成死区的干扰模式,分析了干扰误差源的信号频域特征并使用频谱分析仪对受干扰的光功率信号进行了相关频点的测试,同时对比了干扰抑制后无死区的光功率信号相关频点的测试结果。通过抑制相关误差前后的测试结果对比,验证了与数字闭环反馈阶梯波相关的误差输入是死区形成的根本原因,除了电路交叉耦合之外,电路对光强的调制干扰也会造成死区问题。在采用针对干扰信号频率特性的退耦及PCB设计后,闭环光纤陀螺死区由0.2/h降低至0.02/h,满足系统应用需求。     

基于TMS320C6711的光纤陀螺闭环数字信号处理系统的开发

提出了一种以TI公司的TMS320C6711处理器为基础的有工程意义的闭环光纤陀螺信号处理方案。介绍了闭环光纤陀螺系统的原理和检测方法。对ADC和DAC的选择进行了理论分析,对闭环光纤陀螺数字处理系统的硬件和软件进行了设计。使用了高效的McBSP口与外围ADC,DAC通信,利用JATG口实时监控DSP的工作过程,并升级了程序。针对陀螺系统所要求的实时性开发了能够满足精度要求的高效数字滤波算法。     

闭环光纤陀螺数字信号处理系统设计

针对光纤陀螺信号处理要求实时性高、算法较为复杂的特点,提出了一种以Xilinx公司的现场可编程门阵列XC6SLX16为基础的闭环光纤陀螺信号处理方案。根据光纤陀螺高精度和匹配性要求,对闭环信号处理系统关键的模数转换器和数模转换器的选择进行了理论分析,并对系统的硬件和软件进行了设计。对试验样机的测试结果表明,该系统能准确快速地实现光纤陀螺信号检测,体积小、功耗低、可靠性高,对光纤陀螺的工程化具有实际的参考意义。     

克服闭环光纤陀螺输出信号中死区的实验

克服死区是闭环光纤陀螺设计中需要考虑的重要问题.实验表明本文采用的方法可以方便地克服死区.这是国内报道的首例克服闭环光纤陀螺输出信号中死区的实验.     

光纤陀螺—一种新型的全固态惯性仪表

光纤陀螺（FOG）是一种以Sagnac效应为基础的新型惯性器件。自1976年美国犹他州立大学Vali和Shorthill教授在实验室里演示了第一台光纤陀螺样机以来,光纤陀螺以其诸多优势和广阔的应用前景受到世界各国尤其是军方的关注,并获得了迅速发展。本文内容主要分为两部分,第一概述了光纤陀螺的技术优势,以及国内外的研制现状和发展趋势;第二部分报道了我们研制的FOG－M01型中等精度的全数字闭环光纤陀螺仪,详细介绍了其系统组成、工作原理和设计特点,并给出了相应的测试数据。     

光纤陀螺温度场仿真分析与陀螺外罩结构优化设计

通过对Shupe误差数学模型进行分析,确定了引起Shupe误差、导致陀螺零偏误差大的原因之一是闭环光纤陀螺光纤环温度场时空分布不均。利用Ansys Workbench与Icepark软件建立了闭环光纤陀螺敏感单元有限元热模型,并对该模型进行了瞬态与稳态温度场的仿真分析,得出通过改进陀螺外罩设计可以使光纤环温度场分布更加均匀,有助于减小Shupe误差引入的零偏误差。结合仿真结果,进一步对陀螺外罩的几种热设计方案进行了热仿真分析与定量化设计,确定了陀螺外罩的最优设计方案:当内层采用厚度为0.8 mm的软磁合金材料作为隔热层,外层采用厚度为1.5 mm硬铝材料作为均热层时,光纤环的温度时空变化率最小。通过对优化方案进行实验验证,使光纤环在降温过程中温度变化减小了1.8 ℃,使其最高最低点温度差减小了0.68 ℃。     

光纤陀螺在转台测试中的应用

光纤陀螺是一种速率陀螺,其适合用来对转台作低速测试.根据转台所用编码器的参数,分析了转台不同角速率下光纤陀螺所需的数据刷新率及陀螺零偏稳定性对测量结果的影响.用光纤陀螺测量了转台以1°/s角速率转动时的角速率波动,对陀螺输出数据作了功率谱分析,并与示波器直接测量的结果进行了对比,结果表明光纤陀螺的测量结果是正确的;应用光纤陀螺对转台以(0.05°/s,1°/s)范围内固定角速率转动时的角速率波动进行了测量,通过对测量结果的分析表明:光纤陀螺可以用于转台的测试,它能测量出转台低速转动时的角速率波动;最后给出了光纤陀螺对转台角速率测试的下限.     

高Q光纤环谐振腔陀螺角速度传感研究

模拟仿真了谐振式光纤环腔的透射谱线以及鉴频曲线,得透射谱线最低谷值对应为调制谐振点,鉴频曲线的线性区为陀螺的工作范围区,线性区中点对应谐振点,可作为标度因数最大值.为了实现谐振点的高精度锁频和稳频,设计了谐振式光纤陀螺角速率测定方案,使用比例积分反馈电路实施锁频,利用正弦波扫描窄线宽激光器(线宽小于1kHz)的压电转化模块,使激光器谐振腔长发生变化,从而改变其输出频率,对谐振光纤环腔随外界环境变化同时进行跟踪和锁定.利用线宽法测试并计算出光纤环形谐振腔的品质因数值为107,对比分析了光纤环腔在谐振点和非谐振点锁定情况下的光电探测实时输出,并通过转动测试,得到两种情况下锁定后陀螺的连续转动效果.计算了光纤陀螺系统理论检测灵敏度,结果表明:谐振点锁定后转动效果对应的陀螺输出电平值为锁定非谐振点转速电平值的3倍,验证了谐振式光学陀螺谐振点锁频的重要性.     

机载光电系统中光纤陀螺卡尔曼滤波方法应用

针对光纤陀螺输出噪声大、随机漂移难抑制,从而影响机载光电系统低频性能的问题,分析了系统中光纤陀螺输出的实测数据,根据其噪声特性建立了光纤陀螺噪声的AR2 模型。研究了基于卡尔曼滤波的光纤陀螺在机载光电系统中的应用方法。对比传统应用的滑动平均滤波,给出实验结果。结果表明:卡尔曼滤波能有效消除陀螺高频噪声,抑制系统的随机漂移,在一定程度上能够提高系统的低频工作性能。研究结果对机载系统中光纤陀螺的应用有较好的参考价值。     

基于数字与模拟采集同步测控技术的研究

当前数字化闭环控制航天伺服系统测试时采用一种基于1553B总线控制和A/D模拟采集的测控系统设备,当进行动态特性测试时,1553B与A/D间的启动延迟导致测试结果的精度不准确。为了消除数模混合控制系统下启动零点误差对伺服系统动态特性的影响,对启动零点误差来源进行了分析,在伺服系统1553B总线架构数字化闭环控制的基础上,采用基于PXI硬件平台的数字与模拟采集启动零点同步技术,解决了由于启动同步时间差导致伺服系统动态特性数据处理结果跳变的问题,大大提高了伺服测控系统的测试精度。     

基于温度激励的光纤陀螺光纤环瞬态特性检测

光纤陀螺基于萨尼亚克效应测量垂直于光纤环平面的敏感轴方向上的旋转分量。光纤环是光纤陀螺的核心部件,光纤环的缠绕质量直接影响着光纤陀螺的整体性能,对光纤环的缠绕质量全面检测十分必要。针对目前光纤环检测手段的局限性,提出了一种基于温度激励的光纤陀螺光纤环瞬态特性检测方法,全面表征了光纤环的缠绕质量。建立了光纤环柱面坐标三维计算模型,采用有限元方法定量分析光纤环不对称度和局部温度激励位置精度对光纤环瞬态响应的影响,同时开展了光纤环温度激励相应实验,实验结果与光纤环三维物理模型数值计算结果相一致,在理论和实验上验证了光纤环瞬态特性检测方法的可行性。     

干涉仪仪器传递函数的检测方法

为了得到干涉仪的空间频率响应特性,开展了针对干涉仪的仪器传递函数的测评方法研究。建立了干涉仪成像系统的仪器传递函数的理论计算模型,利用光学设计软件仿真了菲索型干涉仪检测光路,计算并分析了该干涉系统的仪器传递函数的理论值。对基于特定频率点下的正弦位相板的方法测评干涉仪的仪器传递函数进行仿真分析,并与干涉仪的仪器传递函数的理论值进行了比对,其最大误差不超过0.6%,验证了该方法的正确性。     

航天相机主动热控测试系统设计

为了检测航天相机主动热控系统的功能、性能及可靠性,设计了主动热控仿真测试系统。依据传热学基本定律、航天器轨道理论和热控策略,给出了计算航天相机温度场的热网络数学模型,使主动热控系统能在模拟的空间热环境中连续工作,实现了对主动热控系统的闭环仿真测试。采用两个数字电位器相串联的方法模拟温度传感器的走势,得到的最大阻值为100 kΩ,精度达到10Ω,符合设计中对总电阻和电阻变化率的需求,实现了对主动热控系统的功能、性能以及可靠性的仿真测试。     

高准确度光纤陀螺中相位调制的控制研究

在相位调制器基础上，提出了围绕干涉型光纤陀螺的闭环控制方案.对高准确度光纤陀螺中Y波导集成光学器件的调制特性及系统测试方法进行了研究，对其应用及光路各环节配合的技术进行了探讨，对该器件在光纤陀螺系统中的特性和测试系统进行讨论.在高准确度光纤陀螺中取得明显效果.目前，工程样机的零偏稳定性已达到0.02°/h.     

基于网络的风机防喘振控制系统设计

针对某钢厂转炉煤气加压站大风机电机采用工频加变频的恒压闭环运行方式,变频风机极易发生喘振的现象,为了确保大风机稳定、安全的运行,在风机喘振的预防和控制方法上进行改进。采用两台风机同步变频调速与最小极值流量法的模糊PID控制相结合的防喘振控制方法,同步变频调速控制策略有效地预防喘振的发生,最小极值流量法的模糊PID控制策略最大限度的扩大了风机的运行区间,通过MATLAB软件仿真,证明模糊PID的动态响应速度和鲁棒性较常规PID有较大的改良。控制系统通过工业网络完成现场设备和远程的通讯,使控制系统达到高水平的智能自动化。     

Study of reflection error in closed-loop polarization-maintained interferometric fiber optic gyroscope

To analyze quantitatively and systematically the reflection error in optical path of closed-loop polarization-maintained (PM) fiber optical gyroscope (FOG), the optical model is established and analyzed. Based on the optical model and the principle of the coherence detection in signal processing, the source of the reflection error is disclosed from the point of wave trains, and its effect on FOG performance is analyzed in detail, including variation as the step wave on modulator and as the environment temperature. In addition, the measures are promoted to suppress the reflection error, and the simulation result demonstrates that the peak-to-peak value of the reflection error can be suppressed from about 0.8°/h to less than 6×10⁻³°/h through matching the length of birefringent pigtails, which is small enough to meet the requirement of FOG with high performance.     

平台间光束耦合传输与控制技术研究

介绍了平台间光路耦合传输系统的构成及光轴稳定控制的实现方法,开展了耦合校正系统和探测控制系统的设计,对校正系统进行了动态范围和模态仿真,优化设计后研制出光束耦合传输与控制系统。在对快反镜性能参数测试之后,开展了平台间光束耦合传输与控制实验,当振动台加载0 db振动谱且控制系统开环时,光轴X轴抖动10.9″@RSM,Y轴抖动102.3″@RSM,闭环时,光轴X轴抖动0.75″@RSM,Y轴抖动1.11″@RSM,通过频谱分析发现,快反镜光轴耦合系统闭环时对28 Hz以内光轴抖动具有较好地抑制作用,在系统开环残差较大的频率段2～6 Hz的抑制比为?40～?30 dB。实验结果表明,该光轴耦合控制系统对平台间光束传输过程中光束抖动具有较好地抑制和稳定效果。     

对轴误差对光纤陀螺输出的影响

理论分析并试验研究了Y波导保偏尾纤与保偏光纤线圈之间熔接点的对轴误差对光纤陀螺输出的影响.根据简化的光纤陀螺光路误差模型,对光纤陀螺的输出相位误差与光路中主要耦合点的对轴误差的关系进行了理论推导和仿真分析,并利用一个实际的闭环光纤陀螺试验研究了主要熔接点的对轴误差变化对光纤陀螺零偏和零偏稳定性的影响.结果表明,Y波导保偏尾纤与保偏光纤线圈之间的对轴误差是引起光纤陀螺输出误差的重要因素,必须尽量减小.