激光陀螺光路变动分析及其对陀螺性能的影响

分析了腔平移镜这一引起激光陀螺光路变动的主要因素,旨在揭示腔平移镜影响激光陀螺内部光路的机理及其影响的大小。通过分析计算得出,腔平移镜歪扭引起激光陀螺内部光束通过光栏中心位置时产生的横向位移相当于光栏半径10%~20%的变化。通过搭建光路测试系统,验证了腔平移镜歪扭的变化主要造成了激光陀螺内部光束通过光栏中心位置的变化这一结论,分析了这一变化对激光陀螺性能影响的机理。     

腔镜失调对激光陀螺信号输出的影响

研究了不同腔镜结构不同失调情况对空间谐振式激光陀螺中光束空间位置的影响.利用Collins积分与Collins程函理论以及MATLAB软件工具,对腔镜失调前后激光陀螺中光束传输进行了仿真计算.结果表明,相同失调量的不同反射镜所产生的拍频频差是不同的,且分别从M1和M4镜探测到的拍信号频不相同|对于小增益激光器,使用球面镜的腔镜结构较平面镜的腔镜结构更易形成稳定光束空间位置分布|由所计算的空间坐标xn可以看出,双向行波光束的光斑中心发生了偏移,在一定的失调量下将会影响到激光陀螺的拍频输出.研究结果对激光陀螺的工程检测和腔镜调整有指导作用,有助于激光陀螺测量准确度的提高.     

激光陀螺新型光路程长控制镜的研制

爪盘结构程长控制镜由于其稳定性好等优点,已越来越广泛地应用于激光陀螺的腔长控制,但这种只有程长控制能力的控制镜,对陀螺腔体变形等原因引起的谐振光路变化却是无能为力。通过分析该类腔长控制镜的特点,提出了一种新颖的具有角度控制功能的光路程长控制镜。在原有的控制镜上增加一组角度控制部件,使其不仅有程长控制功能同时还具备了光路控制功能的方法,设计了新的槽片及角度控制元件,研制出了高性能的光路程长控制镜。系统地对控制镜的性能进行了测试。结果表明,它不仅稳定性好(陀螺使用温度范围内最大歪扭变化量小于0.3″),而且灵敏度高(大于0.1″/V)。     

激光陀螺腔长控制镜结构特性有限元分析

 为研究激光陀螺腔长控制反射镜结构参数对其性能影响,提出了建立腔长控制镜弹性、压电体耦合有限元模型并进行直接耦合场有限元分析的方法。通过编制ANSYS有限元软件宏文件,实现有限元模型与结构尺寸的自动同步。对某型激光陀螺腔长控制镜仿真计算表明,反射镜环槽内外径以及变形筋的厚度对其光程调节能力影响最大,并在此基础上实现了该型控制镜的优化设计。实验表明该方法对激光陀螺腔长控制镜的结构设计具有一定的指导意义。     

激光陀螺本征模偏振态与磁敏感特性的理论研究

环境磁场的干扰是影响激光陀螺精度的重要因素之一. 为了减小二频机械抖动激光陀螺的磁敏感性, 推导了环形腔的琼斯矩阵, 其中考虑了非共面角、增益介质、腔损耗、腔镜反射各向异性和应力双折射, 采用矩阵本征问题求解的摄动理论分析了环形腔的偏振态和磁敏感特性. 研究表明, 为了减小激光陀螺的磁敏感性, 应减小非共面角和腔损耗, 增大腔镜的反射各向异性. 腔镜应力双折射究竟会增大还是减小磁敏感性与应力作用主轴、受应力腔镜的位置有关, 此外它还会引起顺时针和逆时针模式之间的偏振非互易性. 磁敏感性与腔失谐近似成线性关系, 导致激光陀螺工作于增益峰值时磁敏感性并非最小. 这些结果对减小二频机械抖动激光陀螺的磁敏感性具有较好的指导意义. 关键词： 激光陀螺 磁敏感性 椭圆度 琼斯矩阵     

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。     

腔镜失调对激光陀螺信号输出的影响

研究了不同腔镜结构不同失调情况对空间谐振式激光陀螺中光束空间位置的影响.利用Collins积分与Collins程函理论以及MATLAB软件工具,对腔镜失调前后激光陀螺中光束传输进行了仿真计算.结果表明,相同失调量的不同反射镜所产生的拍频频差是不同的,且分别从M1和M4镜探测到的拍信号频不相同;对于小增益激光器,使用球面...     

异面腔四频差动激光陀螺的色散平衡

为了减小异面腔四频差动激光陀螺(DLG)腔长变动导致的零漂,对DLG的色散平衡进行了研究.利用气体激光的经典理论,推导了DLG零偏与工作点和轴向磁场的函数关系,给出了色散平衡的理论证明.利用在DLG增益管上缠绕通电线圈,给增益介质施加大小可控的轴向磁场,通过驱动腔平移镜上的压电换能器调节腔长来改变工作点,做出了零偏随腔长和线圈电流的变化曲线.结果表明,零偏对腔长变化的灵敏度是轴向磁场的函数,当增益曲线的塞曼分裂量等于非互易分裂量时零偏对腔长变动不敏感.色散平衡技术减小了腔变动对DLG的影响,有利于提高DLG精度.     

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。     

激光陀螺锁区最小化控制技术

通过分析激光陀螺锁区的形成原因,给出了锁区最小化控制的基本原理.由激光陀螺谐振腔相向传播光束的输出特性,说明了常规锁区控制方案存在的缺点.从激光陀螺基本方程推导出锁区误差判别信号,提出了基于拍频信号和腔长信号迭加放大的高信噪比锁区控制方案,对交变偏频和常值偏频激光陀螺均适用.运用该项技术,实现了对某型激光陀螺的全温范围内的锁区最小化控制.     

基于DSP的激光陀螺稳频回路设计及其参数整定

针对某小型化激光陀螺,对基于TMS320F2810数字信号处理芯片（DSP）的激光陀螺交流抖动稳频回路设计及其参数整定进行了理论分析、Matlab数值仿真和实验研究。TMS320F2810这款芯片具有集成度高、处理速度快、功耗低和性价比高等突出优点,有利于实现激光陀螺控制系统的小型化。基于这款DSP芯片实现了某小型化激光陀螺的交流抖动稳频回路的软、硬件设计,使用衰减曲线法得到了该型激光陀螺经优化后的PID控制参数（Kp=0.048,Ki=0.059,Kd=0.013）,并根据国军标对稳频回路进行了实验验证。实验结果表明,稳频控制回路经过PID参数整定后,该小型化激光陀螺的零偏稳定性从0.025/h降到0.014/h,该稳频控制回路在目标型号激光陀螺上满足预期的性能指标要求。     

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。     

变形镜部分驱动器断电失效对校正性能的影响

变形镜在长期工作的过程中,压电陶瓷驱动器因累积疲劳效应会导致其失效,从而导致校正性能的降低。从变形镜的影响函数出发,将失效驱动器的电压置零,采用有限元方法建立变形镜疲劳失效模型,重点分析畸变波前的形态分布、入射光束的类型和驱动器的排布方式等对校正能力的影响。实验结果表明,在部分驱动器失效的情况下,变形镜应当根据高斯型随机畸变波前的形态分布进行失效分析。从低频部分来看,在第1圈驱动器失效的情况下,变形镜对三种入射光束的校正效果几乎相同,当驱动器失效位置在其他圈数时,变形镜对高斯光束的校正效果最差;从高频部分来看,在不同位置驱动器失效的情况下,变形镜对平顶高斯光束的校正效果最佳。     

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。     

激光陀螺新型槽片

根据激光陀螺的使用要求,针对传统槽片在结构和材质上给加工和陀螺性能所带来的不利因素,设计一种集微晶玻璃和熔石英玻璃的优点于一体的新型槽片结构。其基体采用与陀螺腔体材料相同的底膨胀系数的微晶玻璃,反射片采用抛光表面特性很好的熔石英玻璃,通过光胶接合组成一个完整的新型槽片。并针对新的槽片结构提出了与之相应的陀螺腔体贴片面加工方案,使其既能配合新结构的槽片又不增加腔体的制造难度。同时还提出和实现了在加工中采取球面部件与槽片基体分开加工的方式,使得新结构槽片不仅解决了长期困扰陀螺制造行业的因石英槽片易漏氦而引起的陀螺存储寿命相对较短的问题,同时还降低了球面基片超光滑表面加工难度和加工成本。     

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。