电光相位调制器谐波响应对光纤陀螺的影响

从电光相位调制器的谐波响应出发,对干涉型光纤陀螺信号零偏、零漂的产生来源进行了探讨.用干涉理论和正弦波调制解调分析从原理上指出调制器的振幅与相位两种谐波可产生陀螺信号的零偏和零漂.根据调制器典型数据所做的模拟与人为加入温漂时所得的试验结果相当吻合.从而证实调制器谐波响应是产生陀螺信号偏移和漂移的主要原因,为减小光纤陀螺零偏和零漂提供了一条新思路.     

光源偏振度对光纤陀螺零漂影响的研究

以Y波导集成光学调制器保偏型干涉式光纤陀螺作为研究对象,根据各光学元器件的参数建立了各器件的琼斯矩阵以及光路传输模型,在此基础上进行了光路偏振误差的理论分析。通过推导,得到了保偏型干涉式光纤陀螺的偏振误差表达式,并首次分析了光源偏振度对光纤陀螺零漂的影响。借助光源尾纤输出的光谱,对由0%~3%之间呈线性变化的偏振度以及对经实验测试的光源偏振度的实际值引起的偏振模式耦合误差的零漂值进行了仿真计算。结果表明,当光路中其它参数不变时,由光源偏振度变化引起的零漂值为0.001°/h,满足了高精度光纤陀螺的精度要求。     

单轴光纤陀螺寻北仪四位置寻北误差分析

基于光纤陀螺寻北仪误差模型和光纤陀螺的误差特性,从理论上对光纤陀螺寻北仪寻北误差进行了分析,提出寻北仪主要包括系统误差和器件误差两个方面的误差源,并分别对不同误差源引起的寻北误差进行推导,得到光纤陀螺寻北仪寻北精度主要受陀螺零偏漂移、安装误差和转台测角精度决定的结论。对光纤陀螺寻北仪各误差源引起的寻北误差进行仿真实验,在考虑系统误差的条件下,0.01°/h精度的光纤陀螺寻北误差最大可达0.045°,实验结果证明了理论分析的正确性。     

干涉式光纤陀螺光路偏振特性的理论分析

首次采用琼斯矩阵建立了消偏型干涉式光纤陀螺完整光路传输系统的数学模型。在此基础上进行了光路偏振特性的理论分析,讨论了各器件的性能对陀螺偏振噪声的影响,分析了光纤消偏器的消偏作用。通过分析计算,得到了消偏型干涉式光纤陀螺的最大偏振误差表达式。在不同精度级别的消偏型光纤陀螺中,计算出了光纤消偏器应该达到的精度要求,为今后减小零漂打下了理论基础。     

偏振串扰对光纤陀螺零漂及随机游走影响的研究

针对保偏光纤陀螺静态参数受光路偏振串扰误差的影响而使陀螺精度受到制约的问题,从实际应用的角度,研究了保偏光纤陀螺光路中由于各光学器件不理想和熔接点对轴角度误差等因素引起偏振串扰误差的机制。基于琼斯矩阵和相干矩阵,并引入随温度变化的保偏光纤双折射变量,建立了变温环境下保偏光纤陀螺的光路传输模型,对变温环境下偏振串扰误差对保偏光纤陀螺零漂和随机游走的影响进行了理论分析和估算。同时开展了变温环境下光纤环偏振串扰对其静态参数影响的相关实验。实验结果与模型分析结果基本一致,表明该模型是合理的。     

光纤陀螺热致漂移分析及算法补偿技术研究

通过对光纤陀螺温度漂移的剖析推导,分析了温度扰动引起陀螺漂移误差的深层次原因,并结合过程相关性理论,对各个温度项影响因子与光纤陀螺实际输出相关性进行验证分析,提出一种同时考虑温度、温变速率、温度梯度以及三者乘积耦合项的算法补偿模型。对该模型的补偿效果进行离线补偿验证,结果表明,采用该算法补偿模型能明显抑制光纤陀螺的变温零漂。为了进一步验证该模型的有效性,把离线获得的补偿参数载入陀螺存储器,经过多样本实验测试,补偿后可有效提高光纤陀螺的全变温零偏稳定性,验证了该补偿算法在工程上的可实施性和推广价值。     

消偏光纤陀螺的理论和实验研究

本文首次在理论上导出消偏型光纤陀螺的零漂和标度因子表达式,并得出以下两个结论:1)在使用约 40 dB偏振器时,导致陀螺漂移的主要因素是强度误差而并不是振幅误差;2)由光学标度因子与各种器件参量关系表明开环解调时陀螺的线性误差较大.试验样机证明了以上结果,并找出减小漂移的方法.     

集成光学光纤陀螺的噪声分析

集成光学光纤陀螺以其体积小、重量轻、以及高的调制频率与消光比引起了国际上的广泛重视。深入研究光纤陀螺的噪声特性,对于降低零漂是极为重要的。通过广泛调研,从光源、光纤环与集成光学芯片、电路、以及外界环境的角度,详细的论述了各噪声源产生的机理、特征和一些抑制噪声的办法。简要的提出了一种利用负反馈补偿零漂的方法     

光程倍增光纤陀螺偏振误差相关抵消的研究

利用光程倍增光纤陀螺的奇、偶时隙输出之间的相关性对陀螺零偏误差进行相关抵消处理。为了验证该方法的有效性,将光程倍增光纤陀螺置于室温,以100s滑动平均,其每秒输出的奇、偶零偏为-0.1°/h、0.08°/h,利用相关抵消的方法处理后,其零偏得以修正且零偏稳定性从0.008°/h提高至0.002°/h.该相关抵消的信号处理方法快速简便且有效,为光程倍增光纤陀螺的精度优化提供了新思路.     

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.     

光纤陀螺随机误差建模与滤波方法研究

提出了一种适用于高精度光纤陀螺的静态输出信号建模的时间序列模型,建立了光纤陀螺随机误差的卡尔曼滤波器。结果表明,该建模和滤波方法有效地减小了FOG的误差,明显地降低了陀螺的随机漂移,提高了导航精度,具有较好的实用价值。     

振动对光纤陀螺线形测量系统影响分析

在使用光纤陀螺测量系统对桥梁线形进行测量的过程中,来自汽车和路面的振动影响会给测量结果带来巨大的误差。使用Morlet小波对光纤陀螺采集到的信号进行时频分析,确定了27 Hz以上均为噪声信号。在对巴东长江大桥的线形测量中,使用切比雪夫滤波器去除光纤陀螺采集到的噪声信号,大大的提高了光纤陀螺线形测量系统的精度。     

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.     

Phenomena of optic-bound effect on fibre optic gyro

The optic-bound effect on fibre optic gyro (FOG) precision is analysed theoretically, and formulas describing the change of FOG light power under the action of optic-bound effect are given. It is confirmed that optic-bound effect is a main instantaneous non-reciprocity effect of FOG in addition to the Sagnac effect and can lead to a dynamic error of FOG in practical environments. An approach to suppressing or eliminating the error due to the optic-bound effect is presented and verified experimentally. The result shows that the approach is valid and the precision of FOG is improved observably.     

混合结构的闭环光纤陀螺研究

提出并研制了混合结构的闭环光纤陀螺系统。详细分析了该系统的结构特点、信号检测方法以及反馈信号对系统的影响。该系统具有低损耗、长期低漂移特性。实现了３００ｄｅｇ．／ｓ的动态范围及小于３００×１０－６的线性误差。     

单光纤光纤陀螺的原理及应用前景

单光纤光纤陀螺是全光纤光纤陀螺的一种,它具有低成本、高可靠性、易于工程化的优点。它是应用在线制作技术,在一根光纤上制作光器件,形成无焊接点的光路。在线技术包括光纤环缠绕技术、耦合器制作技术、偏振器制作技术、发光模块制作和光接收模块制作技术等。详细地介绍了其原理、关键技术及生产工艺,并提出了提高其性能的措施。在分析不同型号单光纤光纤陀螺性能的基础上展望了其应用前景。随着单光纤光纤陀螺生产工艺的改进和信号处理技术的提高,将会进一步提高其性能、降低成本,促进光纤陀螺的普及和应用。     

控制信号传输的高可靠性设计

在我们平常使用或设计的电子电路中,或多或少都会受到电磁干扰的影响。     

Bias error caused by broad-spectrum source and birefringence effect in fiber optical gyroscope

To analyze the bias error in the optical path of closed-loop polarization-maintaining (PM) fiber optical gyroscope (FOG), the interference signal term carrying only Sagnac phase shift in phase is divided into two types: one generated by interference between main wave-trains in the clock-wise (CW) direction and counter clock-wise (CCW) direction, and the other one generated by interference between secondary wave-trains in the CW and CCW direction. The residual term is discovered in the second kind, which is caused by synthetic effect of broad-spectrum source and birefringence effect in a FOG with the existence of crossovers. The main influencing factors and the effect on FOG performance of the bias error generated by the residual term is analyzed, and its suppression measures are promoted. Simulation result demonstrates that the bias error can be suppressed from about 0.02°/h to less than 2×10⁻⁴°/h at room temperature and its peak to peak value of variation with temperature can be suppressed to less than 4×10⁻⁴°/h, through matching birefringent fiber length and increasing the delay between modes of light source, which is small enough to meet the requirement of FOG with high performance.     

光纤陀螺中一种光相位差跟踪方法

对光纤陀螺中相位差的检测是得到所需角速度的基础。简要分析了陀螺输出信号的特点：噪声大、非线性、周期性,以及这些特点对检测有效信号的影响。提出了一种单通通光相位差跟踪的方法。这种方法采用正弦调制,通过对信号（包括输出信号和跟踪信号）的三角和乘法运算,并在必要的环节进行滤波得到光相位差。它能够解决光纤陀螺动态范围和刻度因子线性度问题,并具有简明、成本低、易实现的特点。最后进行了相位跟踪的计算机模拟和电路的实现,并给出了实验结果。