增损比对激光陀螺影响的研究

光强调谐曲线是激光陀螺工作模式选取和稳频的依据,而陀螺的增损比将直接决定光强调谐曲线的形式.为了提高陀螺准确度,本文对双同位素综合展宽情况下二频激光陀螺出光带宽与增损比之间的关系进行了分析计算,结果表明,激光陀螺的出光带宽与增损比之间存在单调递增的变化关系.数值仿真了不同增损比情况下陀螺的光强调谐曲线,结果表明,根据激光陀螺出光带宽与相邻纵横间隔相对大小的不同,其光强调谐曲线的形状可分三种,仿真与试验结果非常吻合.分析并试验验证了增损比选取不当对激光陀螺工程化应用可能产生的影响,给出了不同腔长情况下激光陀螺增损比合理选取的参考值,即应保证陀螺的出光带宽约等于其相邻纵横间隔.     

激光陀螺腔长控制机构研究与改进

腔长控制机构在激光陀螺中通过控制腔长来保证激光陀螺工作光束的频率稳定,其对激光陀螺性能的提高有着重要意义。针对激光陀螺工作过程中,传统腔长控制机构的控制镜扭偏导致光束在腔中的位置偏移毛细孔的中心位置,引起腔内的散射、损耗发生变化从而影响陀螺性能及精度的问题,对激光陀螺腔长控制机构进行了研究,并设计了一种新的腔长控制机构以减小控制镜的扭偏对陀螺产生的影响。利用有限元分析法对新腔长控制机构进行了优化设计和仿真。试验表明,新的腔长控制机构减小了控制镜的扭偏,使得激光陀螺的零偏稳定性由0.7/h提高至0.3/h。     

激光陀螺光强扫模曲线模高的影响因素与改善途径分析

激光陀螺光强扫模曲线是陀螺稳频的依据,也是激光陀螺环形激光器振荡特性的基本表征,同时也是陀螺性能好坏的重要标志之一。通过引入新的参量——模高,描述光强扫模曲线的其他特征。光强扫模曲线模高是在腔长变化一个0.6328 μm条件下对应光强的最大变化量,是反映光强扫模曲线尖锐度的特征量,该特征量与陀螺稳频精度、稳频响应时间等物理量直接相关,模高越大,则对应的稳频精度就越高,稳频响应时间越短。通过对激光陀螺扫模过程中模高产生的物理机理进行理论分析,确定出了影响模高的主要因素。通过理论分析、数值仿真得出:采取增大球面镜曲率半径、增大腔长、降低损耗、增大增益等措施,可使激光陀螺光强扫模曲线的模高增大3倍以上,这对于提升稳频精度、缩短稳频响应时间、降低陀螺比例因子非线性度误差、提高激光陀螺快速稳定性等具有重要的指导意义和工程实用价值。     

激光陀螺稳频稳锁区控制参数测试系统

稳频稳锁区控制系统对提高激光陀螺的性能有着重要意义。设计了激光陀螺稳频稳锁区控制系统,并开发了稳频稳锁区控制参数测试系统。结合某型激光陀螺进行了试验验证。结果表明,该系统完全满足陀螺控制系统参数测试的需求,符合陀螺设计指标。     

一种提高激光陀螺惯导系统精度的方法

为了获得优于0.1n mile/h水平的高精度激光陀螺惯导系统,对控制系统绕单轴转动来补偿陀螺误差的方法进行了研究。分析了补偿的原理,并利用通用的精度为0.4n mile/h左右的机抖激光陀螺捷联惯导系统进行了实物实验,实验结果证明采用单轴转动的方法可使系统定位精度提高到1n mile/24h的水平。     

激光陀螺读出信号高速采集系统

介绍了激光陀螺（RLG）读出信号高速采集系统的设计和实现方案。该系统包括板卡和相应的应用软件,提供两路最高60MHz采样频率、14位精度的数据采集通道,能够同时对RLG两路光强拍频信号进行高速高精度数据采集,为RLG特性分析提供重要依据。该系统通过上位机软件控制板卡的工作状态、设置和切换采样模式。板卡利用FPGA接收计算机指令并协调控制模数转换器、SDRAM和USB接口芯片,完成RLG输出拍频信号的采集、缓存和传输。FP—GA设计中结合了硬件逻辑高速灵活的优点和NIOSⅡ软核处理器在控制方面的优势。SDRAM完成海量数据缓存,USB接口芯片工作在SlaveFIFO模式下,实现板卡与计算机的通信。实验证明该系统工作稳定,在RLG测试和性能分析中具有很好的实用性。     

激光陀螺克服高、低温冲击的技术研究

分析了激光陀螺在经历外部环境温度变化时光强和性能发生变化的原因,提出了利用新型腔长角度控制镜(光路程长控制镜)的角度控制元件作为驱动器件,应用类似小抖动稳频的原理对激光陀螺环形光路进行闭环控制,并通过对各光路控制单元采取分时控制的办法解决了光路稳定过程中的调制信号的冲突,使激光陀螺在环境变化时始终保持其光程长和光路相对位置的稳定从而保证其性能的稳定。实验结果表明,对原来在全使用温区(-40℃~ 60℃)光强变化达30%甚至只要有光的,通过光路稳定措施可将光强稳定在±3%以内,对于有些在高低温时不能出光的,也可以达到可使用的光强稳定水平。较好地解决了许多激光陀螺难以克服的耐高、低温冲击问题。     

空间正交三轴激光陀螺的调腔技术

通过分析传统激光陀螺的调腔方式,提出了激光陀螺应在实际工作条件(具有增益能力状态)下进行调腔的观点,以及通过控制其腔长或光程长来控制反射镜的反射方向的调腔方法,并相应地设计了新的腔长控制镜结构。通过全面扫描的方式,找出了空间正交三轴激光陀螺的三腔在高质量运转时的最佳角度控制参数,解决了空间三轴激光陀螺高精度调腔的难题。     

相位延迟器在四频激光陀螺中的应用研究

介绍了典型相位延迟器1／4波片和90°相位延迟膜的工作原理,定义了四频激光陀螺输出信号解调信噪比,分析了相位延迟量对其造成的影响,并就此结果进行了MATLAB仿真。从两种相位延迟器的工作原理出发,阐述了温度、入射角、入射光波长等因素对两者相位延迟量的影响。结合激光陀螺在实际应用中的要求,对两者进行了比较,并得出结论：90°相位延迟膜更适合作为四频激光陀螺输出解调系统中的相位延迟器。     

人工鱼群算法在单轴旋转惯导系统轴向陀螺漂移辨识中的应用

在惯性导航系统中,采用单轴旋转技术可以调制垂直于旋转轴方向上的惯性器件误差,而对沿旋转轴方向的误差没有抑制作用,因此旋转轴方向上激光陀螺漂移成为影响惯性导航系统精度的主要因素之一。为精确地辨识旋转轴方向上激光陀螺漂移,提高激光陀螺单轴旋转惯导系统的精度,利用人工鱼群算法AFSA（artificial fish swarm algorithm）建立了单轴旋转惯导系统轴向陀螺漂移辨识模型,给出了AFSA 辨识的详细步骤和方法。实验结果表明:AFSA可以对轴向激光陀螺漂移进行精确建模,补偿后的激光陀螺零偏不稳定性达到0.000 4 /h。     

旋转调制捷联惯导激光陀螺仪误差自补偿新方法

基于旋转调制的自补偿技术是进一步提高激光陀螺仪捷联惯导系统导航精度的有效方法。研究了旋转调制捷联惯导系统中的激光陀螺仪误差补偿方法。建立旋转式捷联惯导系统激光陀螺仪的误差传播方程,分析激光陀螺仪旋转误差效应及误差传播特性,在此基础上建立了调制策略编排目标函数;研究了双轴交替旋转调制模式下的调制策略编排方案,提出了一种改进的16次序双轴交替旋转调制方法,建立了基于双轴转动角速度的动态误差方程,实现了转动过程中激光陀螺仪的常值项误差、标度因数误差、安装误差的有效补偿,进一步抑制速度误差积累所引起的位置误差。仿真结果验证了该方法的有效性,提高了捷联惯导系统导航精度,可为旋转调制光学捷联惯导系统设计提供理论参考。     

小型激光陀螺随机误差的Allan方差分析

介绍了Allan方差的基本定义,描述了用Allan方差法估算激光陀螺噪声的方法,并推导了具体过程。用Allan方差法对某小型激光陀螺的零偏数据进行分析,得到该激光陀螺的量化噪声系数、角度随机游走系数、零偏不稳定性系数、角速率随机游走系数、速率斜坡系数等5个误差源,对所得结果进行了解释,为该型激光陀螺进行各种误差补偿提供了理论依据。     

利用分段回归拟合激光陀螺仪零偏测试的Allan方差

在介绍Allan方差方法的基础上,计算出了激光陀螺仪零偏测试数据的Allan方差。首次利用分段回归方法拟合Allan方差数据,得到了零偏测试中的各误差源系数。结果表明,该方法能有效地辨识出存在于激光陀螺仪零偏测试中的各种噪声,极大地降低了激光陀螺仪Allan方差数据处理的难度。指出了激光陀螺硬件中存在的误差,提出了激光陀螺仪的改进方案。     

温度误差对激光陀螺零偏温度补偿精度的影响分析

分析了温度测量误差对环形激光陀螺(RLG)零偏补偿精度的影响,通过仿真,在动态温度模型中,发现温度测量误差主要通过温度变化率对补偿结果产生影响,提出了该模型在陀螺零偏动态温度补偿中是否考虑温度测量误差的标准。仿真结果表明,对使用的温度补偿模型与温度传感器而言,在温度补偿精度明显小于0.001°/h时,要考虑温度测量误差的影响。     

曲率变化对激光陀螺损耗及性能的影响研究

为了研究曲率半径变化对激光陀螺性能参数的影响,基于谐振腔理论,建立了衍射损耗理论计算模型,通过仿真计算了曲率变化引起激光陀螺束腰的变化,从而导致衍射损耗的变化。从光阑处衍射损耗对陀螺背向散射的影响出发,分析了束腰对激光陀螺性能的影响。通过分析计算得出:当反射镜曲率变化小于0.3 m时,引起衍射损耗变化3%,导致零偏最大变化约0.013;当反射镜曲率变化0.6 m时,引起衍射损耗变化约15%,导致零偏最大变化约0.021;而曲率半径变化大于1.5 m时,衍射损耗变化达30%以上,这将引起谐振腔失谐即无法产生激光振荡。通过改变不同曲率,测量陀螺腔损耗和性能,所得的试验结果和理论计算一致,曲率半径变化对衍射损耗和陀螺性能影响较为显著。     

全光纤激光多普勒测振仪空气耦合振动检测

采用外差探测方式, 建立了全光纤结构的激光多普勒测振仪,用来测量经空气传播耦合引起的散射体振动,以期感知振源振动信息。实验探索了散射体材料、固定方式和相对振源位置等对空气耦合振动的影响,得到了200~2700 Hz频率范围内6种散射体振动响应特性曲线。结果表明:通过空气耦合引起的散射体振动,在相同振源振幅下,散射体振动的振幅一般随频率升高而升高; 在材料、固定方式和相对振源位置等因素中,散射体材料对振动响应特性的影响是主要的,后两者只影响局部细节。     

激光陀螺滤波评估方法研究

在现有硬件的基础上,通过滤波等软件算法来提高激光陀螺捷联惯导系统对准和导航精度是目前国内外学者所公认的。为了对激光陀螺滤波前后的效果进行准确、定量的评估,设计了Allan方差分析算法,开发了对准-导航及精度分析评估软件,分别从元件级、系统级对其展开了研究,并结合具体激光陀螺捷联惯导设备对其进行了实验验证。     

Direct dither control without external feedback for ring laser gyro

To avoid the lock-in effect, a body dither is introduced for the ring laser gyro (RLG). A dither feedback signal is necessary to control the dither drive signal. In the current dither control method, a piezoelectric or electromagnetic transducer is often used to obtain the dither feedback. The read-out signal of the RLG contains all dither-related information; hence, dither feedback can be obtained from the read-out signal, and external feedback can be reduced. A novel dither controlling method without external feedback is introduced in the present paper. How to control the dither amplitude and track the resonant frequency of the dither motor is described in detail. A comparative experiment is conducted between the old dither control method and the new one. Results show that the output of RLG using the new method has the same accuracy as that using the old method, aside from having more compact circuit dimensions.     

基于希尔伯特变化的微小振动激光多普勒信号处理

为了实现对固体目标微小振动参数的测量,建立了微小振动的激光多普勒信号模型。采用希尔伯特数字运算,将激光多普勒振动信号的即时信号采样转化为信号的谱采样。通过频谱计算得到每个振动周期中瞬时频率的平均数,应用差值采样序列积分计算得到振动频率,最后根据振动信号频率变化与振幅的关系得到振幅。采用希尔伯特方法对实验测试结果进行处理验证,并分析了误差来源。实验结果表明：实验测量目标的振动振幅约为1.85×10-4m,转动的圆频率约为170 Hz。因此,应用希尔伯特变换方法处理测量的目标微小振动信号,获取目标运动的参数是可行的。     

环形激光陀螺仪机械抖动参数的选定

抖动参数的正确选择直接影响抖动偏频效果。为了有效地进行抖动偏频 ,抖动角速度幅度应远大于 RL G的闭锁阀值。当抖动角幅度增大至一定值后 ,再增大抖动角幅度对抖动偏频效果影响不大 ,而局部调整抖动角幅度却可能使动态锁区降为 0 ,实现完全解锁。同时抖动角幅度的对称性控制对减小由抖动而产生的偏置误差具有重要的意义。为了适应高速数字采集和处理 ,抖动频率应尽可能地提高