小型化光纤陀螺关键技术研究

在航天和制导系统中,光纤陀螺的小型化日趋关键。主要从光纤陀螺的光路、电路和多轴复用等三方面介绍了其小型化技术。对于电路部分,介绍了我所设计的电路模块的设计原理;针对光路部分,主要进行光学集成器件的小型化关键技术——光学耦合技术的分析;在多轴复用技术方面,提出了目前常用的几种复用技术。这三方面技术为实现光纤陀螺的小型化提供了技术途径。     

小型化高精度光纤陀螺的检测电路串扰自检测

在高精度光纤陀螺小型化过程中,检测电路串扰问题越发严重,在复杂应用环境下难以采用基于转台的传统方法测试光纤陀螺串扰在输出中的表现。基于此,提出一种基于施加模拟转速阶梯波的测试方法。该方法使用专用电路生成台阶高度人为可控的阶梯波,利用加法电路将其与闭环阶梯波叠加接入Y波导,通过测试陀螺响应,可确定串扰大小。对该方法进行相关实验验证,实验结果表明:该方法能在不依赖于转台的条件下实现光纤陀螺检测电路串扰的自检测,提升了应用系统的设计与测试效率。     

光纤陀螺（FOG）随机噪声研究

Allan方差分析法是在时域上对频率稳定性进行分析的一种通用方法，在Allan方差与功率谱密度（PSD）之间存在定量关系；通过分析Allan方差，可以辨识出存在于光纤陀螺（FOG）中的各种类型的噪声及其来源，本文用Allan方差法对某型光纤陀螺进行了具体的分析，从而得到了存在于光纤陀螺的各种噪声源。     

实用中低精度光纤陀螺的信号处理设计

开环光纤陀螺系统直接从探测器的电信号解算出光纤陀螺的Sagnac相移，具有结构简单、全光纤、成本低廉等优点。所以开环光纤陀螺是满足中低精度应用要求的比较理想的方式。为了在开环光纤陀螺结构中满足大动态范围和高测量精度的要求，系统的信号处理方案利用多次谐波分析的数据处理方法，并且结合高阶契比雪夫FIR滤波器、自适应最佳采样速度设定、频谱分析技术、数字相关处理等数字信号处理技术，实现了2deg/h的精度。本文除了介绍上述设计方法外，并且通过对实验结果的对比测试分析，提出进一步提高光纤陀螺精度和稳定度的途径和设想。     

光纤陀螺用细径保偏光纤的最新研究进展

保偏光纤环圈是光纤陀螺的关键部件.首先分析了保偏光纤常见的三种结构及其制备技术;然后介绍了保偏光纤的最新研究进展及其发展趋势.随着光纤陀螺技术的牵引,保偏光纤技术将向着小型化、高可靠性、适用环境多样性、功能多样化的方向发展.     

光纤陀螺综述

综述了光纤陀螺的基本原理，主要特点，分类情况及关键技术。阐述了国内外发展现状，同时对今后的发展趋势作了预测。     

谐振式光纤陀螺调相检测分析

谐振式光纤陀螺（R—FOG）是新一代惯性旋转传感器的代表。在陀螺系统中，信号检测系统占有非常重要的地位，其检测精度的大小直接影响陀螺的分辨率，而解调曲线的优化能够进一步提高检测系统的灵敏度。利用贝塞尔函数展开和光波场叠加的方法分析了谐振式光纤陀螺调相检测系统解调输出信号与谐振频率偏差之间的关系，系统采用的是带有铌酸锂相位调制器的相位谱检测技术。根据解调输出信号的解析表达式，通过数值计算，分析了解调曲线的变化规律，得到了施加在铌酸锂相位调制器上调制波形的最佳调制系数和相应的最佳调制频率范围，并进一步用实验系统验证了上述分析结果。     

光纤陀螺角度随机游走对惯导系统影响

光纤陀螺角度随机游走(ARW)作为光学陀螺特有的性能指标,对导航系统性能具有重要影响。文章阐明了ARW物理含义、产生机理;推导了ARW对惯导系统初始对准和导航过程的影响。仿真结果表明,ARW影响系统初始对准时间;对短时间导航系统性能影响较严重,随导航时间增加,误差呈舒拉周期振荡增长。     

多轴光纤陀螺频分多路系统调制信号的研究

从理论上分析和阐述了共享光源、探测器和信号处理系统的三轴干涉式光纤陀螺系统的频分多路复用的工作原理，重点讨论了多轴系统中的调制频率、调制深度与输出信号的关系，通过仿真计算发现了调制深度在一定范围变化时，光纤陀螺输出信号的强度呈出现“驼峰”效应，以此来优化分配各个光纤陀螺的调制频率和调制深度。     

谐振式光纤陀螺开环响应测试

谐振式光纤陀螺是基于光学Sagnac效应来测量载体旋转角速度的一种新型传感器.利用调相谱检测技术,建立了谐振式陀螺的开环响应测试系统.利用自行研制的锁相放大器和反馈控制电路,得到了线性度很好的解调曲线.从解调曲线的线性工作区可进一步得到系统的动态范围高达+4.2～-4.2rad/s.通过对顺时针和逆时针光路采用不同的频率调制,成功地观察到对应两个不同旋转方向的陀螺开环响应输出信号.最后,对系统的零漂进行了测试,在5s时间内观察到系统的零漂为0.02rad/s.     

An Open-Loop Test of a Resonator Fiber Optic Gyro

谐振式光纤陀螺是基于光学Sagnac效应来测量载体旋转角速度的一种新型传感器.利用调相谱检测技术,建立了谐振式陀螺的开环响应测试系统.利用自行研制的锁相放大器和反馈控制电路,得到了线性度很好的解调曲线.从解调曲线的线性工作区可进一步得到系统的动态范围高达 4.2～-4.2rad/s.通过对顺时针和逆时针光路采用不同的频率调制,成功地观察到对应两个不同旋转方向的陀螺开环响应输出信号.最后,对系统的零漂进行了测试,在5s时间内观察到系统的零漂为0.02rad/s.     

影响谐振式光纤陀螺精细度的因素分析

分析了偏振波动噪声和背散噪声对谐振式光纤陀螺精细度的影响。搭建了光纤环形谐振环测试系统,实验结果表明:通过使用偏振控制器和保偏光源抑制偏振波动噪声,能使光纤谐振环的特性参数精细度由64.67提高到101,谐振深度由0.503 3提高到0.712。并且测得光纤谐振腔中背向散射光与主信号强度之比为0.026 7%。研究结果可为谐振式光纤陀螺的小型化和高灵敏度提供理论参考。     

三轴光纤陀螺系统频分多路复用技术研究

介绍了光纤陀螺基本工作原理和三轴系统的频分多路结构，通过共享光源、探测器和处理电路的方法简化系统结构。详尽分析了三轴光纤陀螺系统频分多路的信号调制／解调和滤波等信号处理方法。对信号之间的互扰动进行了探讨，并提出了解决方法。     

谐振腔光纤陀螺信号检测方法的研究

谐振腔光纤陀螺(R—FOG)是利用光学Sagnac效应实现对转动检测的一种高精度的惯性传感器件。在谐振腔光纤陀螺系统中，信号检测系统占有非常重要的地位，其检测精度的大小直接影响陀螺的分辨率。光纤环形谐振腔是谐振腔光纤陀螺的核心敏感部件。采用两种频率的锯齿波组合调制，考虑激光器有限光谱线宽条件下，采用洛仑兹线型描写光纤环形谐振腔的输出光强表达式。针对输出光强与谐振频率偏差在靠近谐振点附近的近似线性关系，利用多次反馈频率操作来依次跟踪谐振腔光纤陀螺顺时针和逆时针光束的谐振点，从而避免了谐振频率偏差复杂的求根算法。仿真结果表明，多次反馈频率操作，可以较快地锁定到谐振点。     

移动电子设备用光纤陀螺寻北仪

介绍了一种用于移动电子设备的光纤陀螺寻北仪,它立足于国内现有条件,使用光纤陀螺作为测量元件,采用单陀螺四位置法、卡尔曼滤波器来减小随机漂移和常值漂移的影响,准确地解算地理真北方向与陀螺轴向的夹角。介绍了光纤陀螺及寻北仪的工作原理及实际应用。实践应用表明,移动电子设备因外界风力变化而引起载体挠动时,光纤陀螺寻北仪仍具有较高的寻北精度,可以满足相应寻北精度要求的军事和民用目的。     

谐振式光纤陀螺数字闭环系统锁频技术

谐振式光纤陀螺(R-FOG)是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速率的一种新型光学传感器。利用数字调制、解调技术实现陀螺系统的闭环锁定,可以克服模拟电路的热漂移,使系统更加简单灵活。以谐振频率偏差作为研究对象,提出了基于一阶惯性环节的最简闭环锁定分析模型。利用该简化模型,对数字闭环系统中的频率反馈跟踪技术进行了研究,得到了在一定积分时间常数下环路的最佳增益系数,实现了环路的快速、稳定锁定,并在实验中得到进一步的验证。