抖动偏频激光陀螺速率阈值特性研究

本文从理论上分析了正弦抖动偏频激光陀螺速率阈值特性,提出了一种用于测试抖〖ZH(〗动偏频激光陀螺速率阈值的试验方案结果表明激光陀螺在零速率处存在与理论相符合的小死区,动态锁区值与陀螺速率阈值具有确定的对应关系     

激光陀螺抖动偏频优化研究

基于频率调制理论,分析、仿真计算了正弦抖动偏频和优化后的正弦抖动偏频条件下,激光陀螺输入-输出曲线的特点.结果表明：正弦抖动偏频时激光陀螺的输入-输出曲线在抖动频率的倍频点处存在着动态锁区,其宽度与激光陀螺静态锁区、抖动角振幅有关.采用优化后的正弦抖动偏频可以很好地克服动态锁区,大大提高激光陀螺输入-输出曲线的线性度.试验对比了正弦抖动偏频和优化后的正弦抖动偏频条件下激光陀螺的输出性能.试验结果表明：采用优化后的正弦抖动偏频显著提高了陀螺准确度.     

基于滑动平均的速率偏频激光陀螺静态角速率测量算法

提高速率偏频激光陀螺静态角速率测量精度在其应用领域具有重要的作用.通过对速率偏频激光陀螺随机漂移数据进行分析处理,发现量化噪声对陀螺精度有较大的影响,进而提出了一种基于滑动平均的速率偏频激光陀螺静态角速率测量算法,并进行了理论分析及数值模拟.结果表明,通过合理的选择分组参数,该算法可以有效地降低量化噪声对速率偏频激光陀螺静态角速率测量精度的影响.实验结果也验证了该算法的有效性,可以应用于其它类似需要降低量化噪声的场合.     

抖动参数对机抖激光陀螺零偏稳定性与角随机游走的影响

对传统方法中以抖动偏频量和抖动激励信号中的噪声强度来表示机抖激光陀螺抖动参数的方法进行了改进,以K参数和抖动幅度中的噪声强度来表示机抖激光陀螺的抖动参数,从而使不同抖动频率和注入效率的陀螺具有相同的比较标准。定量讨论了K参数与抖动幅度中噪声强度的大小对机抖激光陀螺零偏稳定性和角随机游走的影响。实验结果表明,当K参数取600～650之间、抖动幅度中的噪声强度取2%～3%之间时,机抖激光陀螺的零偏稳定性和角随机游走可以达到比较理想的状态。     

二频机抖激光陀螺零偏的温度特性的逐步回归分析

研究了二频机抖激光陀螺的零偏的温度特性。通过重复性温度实验,利用逐步回归法分析了机抖激光陀螺零偏与温度的关系,得到了零偏的实时温度补偿模型。结果表明,二频机抖激光陀螺的零偏和温度、温度速率具有较好的线性关系和重复性,可以通过温度补偿来提高陀螺的精度。     

支承结构惯量对激光陀螺抖频及精度特性的影响分析

激光陀螺的机抖特性有效克服了陀螺的闭锁效应,是其高精度输出的重要保障。陀螺在不同惯性装置下的抖频会发生变化,这极大地影响了其输出精度,严重制约了激光陀螺在各类惯性装备下的服役能力。从激光陀螺抖动偏频系统入手,对陀螺及其支承结构进行了结构动力学建模及分析,从理论与原理实验两方面论证了支承结构惯量对陀螺抖频特性,乃至陀螺输出精度的影响,分析结果表明,减小支承结构惯量能提高陀螺抖频,进而提高其精度。为激光陀螺在惯导装备中更好的应用起到了指导作用。     

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。     

气体压强对塞曼激光陀螺偏频特性的影响研究

就气体压强对激光陀螺偏频特性影响进行了理论与实验研究.理论推导发现,激光陀螺内部的He-Ne气体压强对其偏频量有重要影响.He-Ne气体比率一定时,偏频量与其内部压强成线性关系.在不同气压下对激光陀螺偏频量与压强的关系进行了实验验证,实验结果与典型参量下的理论结果吻合得较好；给出了不同比率下激光陀螺偏频量与其压强的关系曲线.     

异面腔四频差动激光陀螺的小抖动稳频

为了解决光强差稳频系统易受光电元件参量影响的问题,设计了一套用于异面腔四频差动激光陀螺的小抖动稳频系统。采用高频放大和幅度检波电路检出四频差动激光陀螺顺时针(或逆时针)输出光束的拍频幅度,然后用模数转换器采集到数字信号处理器(DSP)内。四频差动激光陀螺正常工作时拍频幅度取极大值,因此可通过对腔长进行小抖动调制实现稳频。利用DSP设计了一套数字式稳频系统,1 s取样的稳频精度为2×10-9,更重要的是稳频点不受光电元件参量变化的影响。设计的小抖动稳频电路精度高、通用性好,对提高四频差动激光陀螺适应恶劣环境的能力有一定的价值。     

四频差动激光陀螺小抖动稳频初步研究

为避免传统光强差稳频方式的缺陷,提出了四频差动激光陀螺小抖动稳频方法.从四频陀螺工作原理出发,分析了小抖动稳频的特性和难点,如鉴频灵敏度较低、陀螺参量不当时工作点有严重偏移、工作模式不易判别、陀螺零漂受稳频精度影响大.针对每一难点提出,解决办法,特别是极低噪声电路的设计技术是提高四频陀螺小抖动稳频精度的关键.提出的解决方案为进一步实验研究提供了理论指导.     

光纤激光陀螺系统的优化设计

分析研究了光纤激光陀螺系统的工作原理和基本构成,根据系统中各器件的性能指标对光纤激光陀螺的基本结构、性能参数进行了计算机模拟优化设计。采用双向激射双向输出结构保证光路的互易性。利用光纤环形器、掺铒光纤和光纤Bragg光栅实现滤模、选模和压缩线宽功能。针对其输出信号特点,提出利用偏振分束的方式判断陀螺工作转动方向,并最终计算陀螺转动角速度的信号处理方案。     

High-sensitivity mode-locked fiber laser gyroscope

We report significant performance improvement of a mode-locked fiber laser gyroscope. A Fabry-Perot cavity GaAlAs laser diode whose front facet was antireflection coated was used as a gain medium. The rms noise equivalent rotation rate measured with a time-interval counter was improved to 0.06deg/ radicalh. The long-term drift of the gyroscope signal was reduced to 100deg/ radicalh after a polarizer was inserted into the laser cavity formed with a polarization-maintaining fiber.     

高精度激光陀螺的物理基础

分析讨论了基本物理原理在激光陀螺发展过程中所起的关键作用,从一个侧面揭示了物理学是现代技术的源泉．     

Improving Locking Accuracy of Resonant Optical Gyroscope by Laser and Acoustooptic Frequency Shifter Jointed Pound-Drever-Hall Technique

ABSTRACT

A laser and acoustooptic frequency shifter jointed Pound-Drever-Hall technique is designed to lock the resonant optical gyroscope. Utilizing direct digital synthesizer (DDS) technology and temperature control in the driver, the frequency-shift precision of the acoustooptic frequency shifter higher than 1 Hz is obtained. Experiments show that compared with locking by tuning the laser only, the zero-bias stability of the gyroscope is improved. In this locking scheme, there are few additional devices, the tuning of the laser and the acoustooptic frequency shifter share a common Pound-Drever-Hall locking system, and the demodulation and the locking algorithms are simple.     

Reduced minimum configuration fiber optic gyro for land navigation applications

Further cost reduction of the fiber optic gyroscope is necessary in order to meet the economic requirements of land navigation systems. We have previously concentrated on the reduction of the number of splices and component improvements in the open-loop, minimum configuration. Now we eliminate nonessential components and splices. The source-detector coupler is not part of the Sagnac interferometer and serves solely to provide isolation between the broadband optical source and the photodetector. Many commercial laser diodes incorporate a back-facet photodetector to monitor laser intensity. The signal returned from the Sagnac interferometer traverses the laser, is received at this photodetector, and can be distinguished from the laser signal by the bias modulation. Configuring a gyro in this manner eliminates a directional coupler and the separate photodetector as well as up to three fiber splices in an all-fiber gyroscope. A production, open-loop, fiber optic gyroscope has been modified to demonstrate this principal. The gyroscope can be constructed with only two fiber splices and exhibits performance comparable to the conventional minimum configuration.     

激光陀螺磁灵敏度特性研究

分析、计算了激光陀螺的磁灵敏度特性，并进行了磁灵敏度试验.试验结果及分析表明：在腔体加工准确度不变的情况下，采用合理的设计可以大大降低激光陀螺在某些方向上的磁灵敏度，同时磁试验结果对于设计激光陀螺的磁屏蔽结构具有一定的实用价值.     

随机噪声对激光陀螺输出特性的影响

分析了纯随机噪声输入和周期性抖动信号叠加随机噪声的复合抖动输入两种激励下，激光陀螺输出信号均值偏差和分散系数与随机噪声强度之间的数学关系，基于该关系公式，综合读出角速度标准差、输出信号均值偏差和分散系数，提出随机噪声强度的选择方法。研究表明，纯随机噪声减小频率闭锁影响没有应用价值，因为随机噪声的引入将导致激光陀螺测量范围的减小或输出方差的增大，这都不是理想的结果。而在周期性抖动信号基础上叠加随机噪声，并不影响激光陀螺的测量范围，却可大幅度地提高激光陀螺的读出精度，输出方差的增大可以通过延长采样周期予以减小，满足应用要求。     

陀螺惯性制导及其军事应用

简要介绍机械惯性陀螺、环形激光陀螺、光纤陀螺、半球谐振陀螺、石英音叉陀螺的基本工作原理及其军事应用,并预测了陀螺惯性制导的发展趋势。