光纤陀螺静态温度综合误差建模及补偿

针对光纤陀螺温度稳定性低、受环境温度影响参数变化,导致使用精度不高的问题,提出了一种光纤陀螺静态温度综合误差建模补偿方法。综合考虑温度、光纤陀螺标度因数非线性以及零偏漂移的影响,建立了以时间、温度和输入角速率为参量的光纤陀螺静态温度混合模型;采用分类拟合方法确定模型阶次,辨识模型参数;基于温度速率实验,提出迭代补偿算法。实验结果表明,经过综合误差补偿后的光纤陀螺消除了温度和标度因数非线性对其性能的影响,使它在全温度和全速率下的测量精度得到了极大提高,从而证明了该方法的有效性。     

光纤陀螺温度误差模型研究

对由Shupe效应引起的误差进行了理论分析,光纤环径向温阶会产生光纤陀螺零偏漂移。设计和完成了测量环境温度对光纤温度的影响试验,环境温度变化率与Shupe效应误差存在线性关系。在此基础上,设计和完成了在测量环境温度变化时光纤陀螺输出的试验,分别使用环境温度变化率的一阶、二阶和三阶项对陀螺输出的变化趋势进行建模,对模型的有效性进行了验证。结果表明:一阶模型与二阶、三阶模型相比,模型更简单、稳定性更高,能够准确地反映由Shupe效应引起的误差值,补偿效果好,与理论分析结果相符。     

光纤陀螺电路对陀螺温度性能影响的实验研究

针对干涉式光纤陀螺的电路在环境温度变化时影响陀螺输出的问题,设计了电路部分相关的温度实验,得到陀螺输出与电路温度变化之间的关系.根据陀螺输出和温度变化对陀螺输出进行补偿.结果显示,经补偿的陀螺零偏漂移减小为未补偿时的23%,零偏稳定性提高了7.32倍.     

光纤陀螺电路对陀螺温度性能影响的实验研究

针对干涉式光纤陀螺的电路在环境温度变化时影响陀螺输出的问题,设计了电路部分相关的温度实验,得到陀螺输出与电路温度变化之间的关系.根据陀螺输出和温度变化对陀螺输出进行补偿.结果显示,经补偿的陀螺零偏漂移减小为未补偿时的23%,零偏稳定性提高了7.32倍.     

基于PSO-SVR的光纤陀螺温度误差建模与实时补偿

根据在线补偿对于实时性和精度的要求,提出利用粒子群算法优化支持向量回归的方法建立光纤陀螺温度误差补偿模型,并采用多数据窗的温度变化率实时获取方法,满足在线补偿和模型输入的要求。将光纤陀螺置于温箱内进行-15～50℃变温试验,获得实测数据,将温度和温度变化率作为输入,分别进行最小二乘、径向基函数神经网络以及粒子群优化支持向量回归建模,对比结果表明,提出的模型取得了最佳的补偿效果。通过实时补偿对比试验,验证了提出的模型具有良好的实时补偿性能及对于非训练数据的泛化能力。     

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。     

光纤陀螺温度补偿方案研究

从理论上分析了光纤陀螺敏感环的热致非互易相位噪声,建立了光纤环温度分布模型。针对四种通常的光纤敏感环绕制方法（ＺＹＬ,ＳＹＭ,ＤＩＰ,ＱＵＡ）对于由外界环境温度变动所引起的光纤陀螺零位漂移进行了数值模拟与比较,并给出了对应于外界环境温度变化过程中的光纤陀螺零位漂移补偿方案。     

超辐射发光二极管光源的分析与补偿研究

针对SLD(Super-luminescent Diodes)光源的光功率和中心波长会随着驱动电流和工作温度的漂移而发生变化的现象,通过SLD的工作原理对该现象进行了理论分析,基于8脚蝶型SLD光源的实验,分析了光功率和中心波长受电流和温度变化的特点,分别建立了光功率和中心波长随驱动电流和工作温度之间关系的非线性数学模型,设计了SLD光源参数不稳定性的补偿方案,对SLD光源参数不稳定性引起的漂移进行补偿,从补偿前后光纤陀螺的测试输出脉冲数据可以看出,该补偿方法可以有效地改善光纤陀螺的在复杂工作环境下的长期稳定性,降低了光纤陀螺对恒流、恒温电路的要求。     

热敏电阻用于补偿Y波导温度漂移

铌酸锂集成光学相位调制器(Y波导)是数字闭环光纤陀螺的核心器件.温度变化引起相位调制器产生附加相位漂移,直接影响标度因数的稳定性,从而导致光纤陀螺零点漂移.因此,补偿温度引起Y波导附加相位漂移显得尤其重要.本文提出在Y波导驱动电路的运放电路中引入热敏电阻.利用热敏电阻的温度特性构建了温度补偿电路.温度变化引起运放电路放大倍数的改变,Y波导上调制电压的变化从而补偿温度引起Y波导的附加相位漂移.理论计算和实验结果证明,该方法可以简单、方便地提高光纤陀螺、光纤电流传感器等仪表的温度稳定性.     

Q-MEMS陀螺零偏补偿技术研究

在对某型Q-MEMS(石英音叉陀螺)进行大量高低温环境试验的基础上,根据试验数据,建立了一种基于陀螺工作时间的零偏温度补偿模型,并用该模型对新测的试验数据进行了预测补偿。补偿结果表明:Q-MEMS陀螺经该模型补偿后可以将零偏减小至少一个数量级,并进一步提高了零偏稳定性,有效补偿了陀螺上电后的启动漂移,完全满足工程上的实时补偿要求。因此,该模型具有很强的工程实用价值。     

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 ℃。     

一种多算法融合的实时滤波在光纤陀螺中的应用

根据光纤陀螺输出信号的特点和应用环境的要求,在Mallat小波变换的基础上,研究了一种多算法融合的实时滤波算法.该算法在光纤陀螺刚启动,数据量偏少时,通过IIR滤波器进行滤波|采样数据量足够多时,通过施加滑动数据窗来实现小波实时去噪,采用周期对称延拓的方法去除小波去噪的边界问题,可有效去除光纤陀螺输出信号中高频部分的噪音,提高滤波效果,抑制陀螺的随机漂移.通过实验验证了该方法对陀螺输出信号进行滤波的可行性和有效性.     

光纤陀螺随机漂移测试及分析

要实现光纤陀螺在高精度惯性导航领域的应用,抑制随机漂移是需解决的一个重要问题。光纤陀螺的随机漂移包含不同分量,分析不同的分量的特性及其产生的根源,是进行补偿的前提。设计了光纤陀螺数据采集系统,采集了光纤陀螺静态数据。应用Allan方差法,求出了光纤陀螺随机漂移中的噪声分量,并分析了各项噪声来源、特性,指出了抑制噪声方法。     

基于Allan方差的光纤陀螺随机漂移建模与仿真

随机漂移是影响光纤陀螺精度的主要因素之一,建立陀螺随机漂移模型以便在滤波时加以修正是提高系统精度的有效方法。针对传统随机漂移模型建模耗时长、过敏感等问题,提出基于Allan方差的光纤陀螺随机漂移模型。通过各噪声项的功率谱密度函数推导出随机微分方程,用Allan方差分析出光纤陀螺各噪声项量化参数,将量化参数代入以单位白噪声驱动的随机微分方程,得到随机漂移模型。实验结果表明,该模型拟合出的随机漂移单项噪声误差不超过8.6％,远低于传统模型产生的单项噪声误差58.3％,是一种有效的光纤陀螺随机漂移建模方法。     

一种多算法融合的实时滤波在光纤陀螺中的应用

根据光纤陀螺输出信号的特点和应用环境的要求,在Mallat小波变换的基础上,研究了一种多算法融合的实时滤波算法.该算法在光纤陀螺刚启动,数据量偏少时,通过IIR滤波器进行滤波;采样数据量足够多时,通过施加滑动数据窗来实现小波实时去噪,采用周期对称延拓的方法去除小波去噪的边界问题,可有效去除光纤陀螺输出信号中高频部分的噪音,提高滤波效果,抑制陀螺的随机漂移.通过实验验证了该方法对陀螺输出信号进行滤波的可行性和有效性.     

光纤陀螺光纤环的热致非互异性研究

研究了光纤环受温度影响产生非互易相移的机理,根据光纤陀螺在实际应用中的环境温度的干扰,建立了直观合理的光纤环时变温度场分布模型,在此基础上对陀螺的热致非互异噪声进行了定量分析。针对不同绕制结构的光纤环,对其温度漂移进行了数值模拟和比较,提出了减小和补偿光纤环热致非互异噪声的方法及相关技术。     

解相关自适应滤波在光纤陀螺信号处理中的应用

在分析光纤陀螺噪声特性的基础上,研究了减少光纤陀螺信号随机漂移的方法,采用解相关变步长LMS算法,对光纤陀螺信号进行滤波,并同LMS滤波算法进行了比较,这种算法具有更快的收敛速度。实验结果表明,解相关变步长LMS算法对于抑制光纤陀螺中的随机漂移、提高信噪比具有良好的效果。     

高精度干涉式光纤陀螺热漂移分析

为了改进干涉式光纤陀螺的测量精度和温度性能,建立了该仪器输出偏置的解析模型。通过把光纤双折射这一从未被考察过的相位微扰与其它已知误差源进行线性叠加,该模型首次显式地把陀螺性能直接与光纤的力学、光学、热学和几何参数联系起来。利用该模型对常用于10-3 deg/h精度量级光纤陀螺的64层四极对称环圈进行计算,结果表明,保偏光纤所固有的高双折射及其温度涨落对陀螺输出偏置及其热漂移的影响分别在10-3 deg/h和10-2 deg/h量级,而过去研究较多的单模光纤中的舒普效应和热致光弹效应的影响分别在10-4 deg/h和10-3 deg/h量级。该模型表明保偏光纤所固有的高应力双折射是干涉式光纤陀螺的主要误差源,同时较为完备地描述了光纤陀螺中源于光纤性能的误差,也解释了该误差对光纤双折射的非线性依赖。     

高精度光纤陀螺零位误差的磁温特性研究

介绍了高精度光纤陀螺零位误差的形成原理,并就温度和磁场对高精度光纤陀螺零位误差的影响进行了详细的理论分析。仿真结果表明:由于温度引起的零偏峰值漂移为0.06°/h。最后,对交变温度场和径向静磁场交联作用下的情况建立了理论模型并进行了实验研究,实验结果表明:在径向磁场和不同温度作用下,光纤陀螺由于交联耦合效应产生的径向磁场灵敏度变化,即交联耦合度<1%,这和理论模型具有较高的一致性。     

光电转台复合精密角度测量理论

针对传统编码器测角系统分辨率低、量化噪音大和测速误差高等缺点,提出一种基于光纤陀螺和编码器的融合测角算法.首先,在一个滑动窗口利用编码器角度值和光纤陀螺速率积分值的差值信号,通过最小二乘法实时地估计出光纤陀螺的速率漂移;其次,使用补偿后的角速度信号和编码器角度信号,通过一定融合算法进行角度估计;最后,对所提算法进行数学仿真和实验验证.仿真和实验结果显示:测角准确度的仿真值和实验值分别由1.2″和1.1″提高到0.17″和0.76″,角速度测量准确度的实验值从0.002°·s-1提高到0.001°·s-1,在避免光纤陀螺角速度漂移问题的同时有效提高了系统的角度和角速度测量准确度.