光纤陀螺光纤敏感线圈三维温度瞬态响应模型

针对光纤敏感线圈的热致非互易相移问题,通过传热分析建立了光纤敏感线圈的三维温度瞬态响应模型.利用该温度瞬态响应模型全面分析了三维坐标下的温度梯度造成的热致非互易效应;结合光纤陀螺实际的工作环境,利用仿真对四极对称绕法的光纤环进行了分析,获取了温度激励造成的热致速率误差.通过温度模型计算的热致误差速率与温箱中光纤陀螺稳测数据的极差为0.48(°)/h,计算结果验证了光纤敏感线圈三维温度瞬态响应模型的有效性.利用该模型可有效指导光纤环热结构参数的设计,从而抑制光纤环的Shupe误差,提高光纤陀螺的温度性能.     

八极绕法对光纤陀螺温度性能的影响

通过深入研究八极绕法,实现了改善光纤陀螺温度性能的目的.在光纤陀螺Shupe误差数字离散公式的基础上,建立了采用八极绕法绕制的光纤环圈的有限元模型.对基于八极绕法的光纤环圈中的Shupe误差进行了以匝为单位的量化分析.根据建立的基于八极绕法的光纤环圈温度分布模型,分析了在相同的径向温度激励下八极绕法与四极对称绕法对陀螺性能的影响.结果表明:采用八极绕法绕制的光纤环圈与采用四级对称绕法绕制的光纤环圈相比,陀螺热致速率误差减少了80％,与实验结论相符.     

光纤陀螺温度漂移多变量模型研究

—温度漂移大是光纤陀螺进入工程应用所面临的最大难题之一。本文采用软件手段，通过对光纤陀螺温度漂移测试数据的分析，建立了光纤陀螺温度漂移的多变量自回归数学模型。此数学模型于实际情况具有很好的吻合性，不仅具有理论意义且具有实用价值，为解决光纤陀螺的温度漂移奠定了基础。     

光纤陀螺热致漂移误差的模糊补偿(英文)

针对光纤陀螺启动过程中的热致漂移误差问题,研究了一种模糊模型补偿方案。依据Shupe非互易性理论和Mohr加热模型试验的结论,以光纤环内侧温度和温度变化率为输入,以陀螺漂移为输出,建立了二输入一输出模糊模型。利用全温范围(-25℃～45℃)内光纤陀螺的恒温静态试验数据,基于自适应神经网络模糊推理系统的自学习功能,辨识出模糊规则库。通过实时施行模糊推理可实现光纤陀螺温度漂移的在线自动补偿。室温验证试验表明,陀螺的零偏稳定性由补偿前的0.037(°)/h提高到0.017(°)/h,陀螺启动时间由补偿前的30 min减少为2 min。     

光子晶体光纤陀螺光纤环偏振特性

光子晶体光纤陀螺技术是解决光纤陀螺空间辐照及热漂移问题的重要技术途径,其中光子晶体光纤环是影响光纤陀螺性能的关键。仿真分析了光子晶体光纤的双折射与结构设计的关系,并计算了光纤的双折射和光纤环绕制过程引入的附加双折射的温度灵敏度,利用白光干涉仪,对光子晶体光纤环和普通的保偏光纤环进行了对比测试分析。试验结果表明,光子晶体光纤环具有较低的偏振特性温度灵敏度,双折射温度系数比普通保偏光纤低接近1个量级,引起的陀螺偏振误差也比普通保偏光纤环小1倍左右。试验结果验证了理论分析的正确性。     

基于光纤环安装方式的光纤陀螺振动误差抑制方法

随着光纤陀螺的实用化,发现载体振动会引起光纤陀螺尤其是高精度光纤陀螺的测量误差增大,对光纤陀螺的性能指标造成不可忽视的影响。对干涉式数字闭环光纤陀螺,从弹光效应出发,分析了振动对光纤陀螺光路的影响机理,得出了振动影响下光纤环中反向传播的光信号非互易相移误差信号的表现形式,并针对此提出了通过合理安装光纤环,使光路满足互异性,来抑制振动情况下光纤陀螺输出信号噪声和漂移。实验结果表明,该方案有效降低光纤陀螺输出信号的噪声,抑制了由振动引起的陀螺漂移,使得陀螺振动误差减小了一个数量级。     

4J32芯轴式环圈骨架对光纤陀螺性能的改善

应力和温度是影响光纤陀螺特性的两个重要因数,环圈骨架是它们对光纤环施加影响的载体。本试验所制作的4J32芯轴式环圈骨架具有良好的热对称结构,低的热导率,以及几乎与光纤纤芯一致的热膨胀系数,所以它不仅可以降低光纤环轴向温度梯度,减小光纤环整体的温度梯度变化率,而且也能有效地减小环圈骨架和光纤环之间因热膨胀不一致导致的热应力对陀螺的影响。通过理论和有限元分析,结合多个光纤环样本的试验,可以看到:4J32芯轴式环圈骨架相对铝材料的骨架,其对陀螺的整体性能有将近一倍的改善作用。     

光纤陀螺的热分析与热设计方法

光纤陀螺随温度变化产生的热噪声及热致非互易性相移误差直接影响其使用精度。为解决温度问题,分析了光纤陀螺工作的热环境,根据光纤陀螺的体积功率密度选择了自然冷却方法,包括导热、自然对流和辐射换热的单独作用或组合。通过分析光纤线圈及其他光电器件的温度特性及温度变化产生误差的机理,指出热设计的目的是控制光纤陀螺内部的温度场分布及最高温度,并对光纤陀螺的热设计方法进行研究,包括光纤线圈的热设计、光电器件的安装方式、控制电路的热设计等。由最后热仿真与测试结果可知,热设计方法合理可行。     

基于超细径光纤的高精度光纤陀螺

在应用系统的牵引及光学器件技术的推动下,工程化光纤陀螺朝着小型化、轻量化、高精度方向发展,设计了一种基于新型超细径(60/100)光纤制作的高精度光纤陀螺。相比于传统细径保偏光纤,新型超细径光纤可增加光纤的抗弯曲程度,也可使光纤环圈的绕制半径减少;同时,由于光纤变细,光纤环厚度减小,当环境温度改变时,内外层光纤温度差减小,有利于改善光纤陀螺环圈全温性能,提高光纤陀螺温度特性。首先研究了新型超细径光纤纤芯、包层结构设计,在此基础上为针对性提高涂覆胶体、绕环胶体材料的可靠性,建立了胶体材料性能随时间退化的模型;随后,基于上述新型光纤和小型化宽谱ASE光源,成功搭建了高精度光纤陀螺仪样机,陀螺整机尺寸为70 mm×70 mm×35 mm,陀螺测试零偏稳定性可达0.007°/h,可以满足陀螺小型化、轻量化、高精度需求。     

一种高精度光纤陀螺用光子晶体光纤设计

为了解决光子晶体光纤陀螺中高阶模致非互易性问题,设计了一种用于高精度光纤陀螺的单模保偏光子晶体光纤。为获得光纤结构参数最优区域,基于全矢量有限元方法开展了光子晶体光纤模场分布、双折射特性和限制损耗与三个重要结构参数(归一化频率、空气填充比、大孔直径)的依赖关系数值仿真分析。以传统熊猫型保偏光纤特性为参照,确定了光子晶体光纤结构参数最优区域。采用优化的光子晶体光纤绕制了1500 m环圈并装配于陀螺,对陀螺进行了相应测试。未采用温度补偿措施下,陀螺全温零偏稳定性优于0.008 (°)/h (100 s, 1σ),表明这种光子晶体光纤适用于高精度光纤陀螺。     

线圈隔热层对光纤陀螺温度误差的影响分析

针对温度变化所引起的光纤陀螺非互易相移误差,详细研究了隔热材料对减小热漂移误差的作用,并详细比较了使用不同厚度隔热层的光纤陀螺在相同变温历程下的热漂移误差大小以及达到热平衡状态所需的时间。仿真结果表明,当隔热层的厚度由0mm变化到4mm的过程中,热漂移误差的峰值由0.12(°)/h降低到了0.08(°)/h,同时达到热平衡的时间从2 520 s增加到了3 600 s。利用该仿真结果,可以在保证热启动时间满足条件的前提下找到一个最优的隔热层厚度,从而使热漂移误差的峰值最小。     

光纤环十六极对称绕法温度性能的仿真与分析

温度性能对光纤陀螺的精度影响至关重要。通过深入研究光纤环的十六极对称绕法,达到了改善光纤陀螺温度性能的目的。在对光纤陀螺由Shupe误差引起的热致旋转速率误差数学模型离散化的基础上,结合ANSYS有限元分析软件建立了精确到匝的光纤环十六极对称绕法有限元模型。根据所建立的光纤环温度分布模型,仿真分析比较了在光纤环四周施加变化的温度激励和分别在径向和轴向施加相同的恒定温度激励下,十六极对称绕法与四极和八极对称绕法绕制的光纤陀螺的温度性能。仿真实验结果显示:由十六极对称绕法绕制的光纤陀螺的热致旋转速率误差要低于四极和八极对称绕法1~2个数量级,这对十六极对称绕法在高精度光纤陀螺中的应用具有重要意义。     

用于改善光纤陀螺全温标度因数变化的环圈制作工艺

全温标度因数变化大小直接影响光纤陀螺的应用效果。随着中高精度光纤陀螺在复杂工况下的广泛应用,对陀螺标度因数变化的要求也在不断提高。光纤长度和光纤环平均直径在全温范围内的变化量是全温标度因数变化最大的影响因素。本文介绍了控制该变化量的常规方式,并提出通过不同排纤方式和不同光纤环窗口比的方法来进一步减小这种变化量的方法。通过仿真和试验证实:某型中等精度光纤环在不同制作工艺条件下全温标度因数变化量有将近300×10~(-6)的差值。     

一种基于多尺度和改进支持向量机的光纤陀螺温度漂移建模与补偿方法

为了提升光纤陀螺温度漂移模型建模的准确性及补偿的效果,提出了一种基于改进支持向量机的多尺度建模和回归方法。首先分析了造成光纤陀螺温度漂移的关键因素,给出了建模的属性参数和温度试验。然后根据经验模态分解得到的本征模态函数排列熵的变化趋势,得出了回归精度和熵之间的变化关系,进而提出了基于信号分解的多尺度回归方法。为了提高上述多尺度回归算法的适应性,在传统支持向量机的基础上,提出了基于组合核函数的支持向量机回归算法,以适应不同特性的回归数据集。为了进一步提高回归精度,基于降低回归数据复杂度的分段回归思想,在上述多尺度回归的基础上提出了双-多尺度回归,并验证了方法的有效性。最后,将提出的算法以实际的光纤陀螺温度漂移数据进行验证,结果表明,相比于传统的支持向量机和反向传播神经网络具有更好的回归精度,温度漂移模型也更加精确,以均方误差指标为例,回归精度提升了两个数量级。     

光纤陀螺随机漂移补偿中的数据融合方法（英文）

为提高光电平台的控制性能和稳定性,以平台反馈回路所用的光纤陀螺传感器为研究对象,对光纤陀螺角速率的历史输出、当前量测以及随机漂移进行融合补偿。采用双自回归模型确定了光纤陀螺时间序列输出的自回归多项式和光纤陀螺随机漂移的自回归关系。以陀螺当前输出为量测量,结合卡尔曼滤波算法将陀螺历史输出和历史随机漂移融合进状态方程,并进行随机漂移在线估计补偿。实验结果表明,光纤陀螺随机漂移的AR模型能达到90%拟合效果,经卡尔曼滤波补偿后随机漂移能降到1/10。该方法能很好地抑制光电平台三个框架轴光纤陀螺的随机漂移,补偿率为80%~90%。     

基于提升小波与灰色神经网络的光纤陀螺振动误差建模

光纤陀螺在振动环境下的输出具有噪声大、漂移强的特性,必须建立合理的振动误差模型,以便使用精确的算法进行补偿,从而提高光纤陀螺的输出精度。文中首先使用Allan方差分析法分析了某型号的数字闭环光纤陀螺在振动环境下的输出信号,随后利用提升小波分离出了光纤陀螺误差模型中的白噪声及漂移误差,并提出了基于灰色理论和RBF神经网络的漂移误差建模方法。仿真结果表明,相较于传统的RBF神经网络模型,基于提升小波的灰色RBF神经网络的漂移误差建模方法能有效滤除白噪声,并将漂移误差模型的建模精度提高了一倍左右。该方法能够有效提高光纤陀螺在振动环境下的输出精度,对光纤陀螺在振动环境下的误差研究具有重要指导意义。     

基于模糊逻辑的光纤陀螺温度补偿技术

为了消除温度效应并提高陀螺精度,将模糊逻辑应用于光纤陀螺的温度漂移模型的辨识和自补偿中方案中。在模糊逻辑理论的框架下,根据光纤陀螺系统的模糊信息,建立模糊规则,进行模糊推理,实现对陀螺输出的近似辨识。此方法对其他没有温度相似性的陀螺也适用。在实际验证实验中,针对不同的陀螺,通过预先实验建立各自的规则表,然后进行实时补偿,在全温度范围内陀螺的零偏稳定性从0.3647(o)/h减小到0.0868(o)/h,陀螺预热时间缩短到30s以内。目前,在陀螺工艺条件还不够稳定的状态下,此方案是实用和可行的。     

光纤陀螺信号处理方法的比较研究

给出了光纤陀螺信号漂移的数学模型，并针对信号噪声的特点，采用了“加权术平均”、“五点三次平滑算法”、“小波分析”三种不同的处理方法进行信号的消噪处理，通过对仿真结果的比较研究，肯定了小波变换算法在信号消噪处理中的适用性，并且编写了实时信号处理软件，提高了光纤陀螺的精度，为促进光纤陀螺的研制开发起到了积极的作用。     

光纤陀螺抗辐照方案

为了提高光纤陀螺的抗辐照性能,满足空间应用的各种需要,对光纤陀螺光电器件进行了大量的辐射试验,尤其是对光纤陀螺的敏感器件-保偏光纤环进行了深入分析,采用光褪色心的方案,即向保偏光纤环中注入大功率激光,通过退色心的方法降低由于辐射而引起的光纤损耗的增加,从而增加了保偏光纤环的抗辐照性能。在此基础上,在光纤陀螺重量增加不大的前提下,提出了光纤陀螺主动抗辐射方案。试验表明该方案能够有效的提高光纤陀螺的抗辐射性能,能大大提高空间应用光纤陀螺的可靠性和使用寿命,能够起到抗辐照的作用。