四频差动激光陀螺工作点的选择

当四频差动激光陀螺工作于增益曲线上左、右旋陀螺比例因子相等位置时,误差因素在拍频的差动中得到较好的抵消,因而具有较优的性能。为了从实验上寻找该最佳工作点,对四频差动激光陀螺拍频表达式进行了分析,发现静态下和频的电压扫描曲线呈抛物线变化,而且当左、右旋陀螺比例因子相等时,和频的电压扫描曲线处于转折点。设计了实验通过和频电压扫描曲线得到了理论最佳工作点,在不同工作点下对陀螺进行测试,根据其零偏稳定性随工作点的变化趋势,得到了实测最佳工作点。对某型5个陀螺的多次实验表明,由和频电压扫描曲线得到的理论最佳工作点与实测最佳工作点基本一致,最大误差2Hz。该方法可作为四频陀螺选择最佳工作点的参考方法。     

激光陀螺光路变动分析及其对陀螺性能的影响

分析了腔平移镜这一引起激光陀螺光路变动的主要因素,旨在揭示腔平移镜影响激光陀螺内部光路的机理及其影响的大小。通过分析计算得出,腔平移镜歪扭引起激光陀螺内部光束通过光栏中心位置时产生的横向位移相当于光栏半径10%~20%的变化。通过搭建光路测试系统,验证了腔平移镜歪扭的变化主要造成了激光陀螺内部光束通过光栏中心位置的变化这一结论,分析了这一变化对激光陀螺性能影响的机理。     

激光陀螺腔长控制机构研究与改进

腔长控制机构在激光陀螺中通过控制腔长来保证激光陀螺工作光束的频率稳定,其对激光陀螺性能的提高有着重要意义。针对激光陀螺工作过程中,传统腔长控制机构的控制镜扭偏导致光束在腔中的位置偏移毛细孔的中心位置,引起腔内的散射、损耗发生变化从而影响陀螺性能及精度的问题,对激光陀螺腔长控制机构进行了研究,并设计了一种新的腔长控制机构以减小控制镜的扭偏对陀螺产生的影响。利用有限元分析法对新腔长控制机构进行了优化设计和仿真。试验表明,新的腔长控制机构减小了控制镜的扭偏,使得激光陀螺的零偏稳定性由0.7/h提高至0.3/h。     

激光陀螺克服高、低温冲击的技术研究

分析了激光陀螺在经历外部环境温度变化时光强和性能发生变化的原因,提出了利用新型腔长角度控制镜(光路程长控制镜)的角度控制元件作为驱动器件,应用类似小抖动稳频的原理对激光陀螺环形光路进行闭环控制,并通过对各光路控制单元采取分时控制的办法解决了光路稳定过程中的调制信号的冲突,使激光陀螺在环境变化时始终保持其光程长和光路相对位置的稳定从而保证其性能的稳定。实验结果表明,对原来在全使用温区(-40℃~ 60℃)光强变化达30%甚至只要有光的,通过光路稳定措施可将光强稳定在±3%以内,对于有些在高低温时不能出光的,也可以达到可使用的光强稳定水平。较好地解决了许多激光陀螺难以克服的耐高、低温冲击问题。     

激光陀螺锁区的谐波测量方法

锁区对速率偏频激光陀螺的性能有重要影响,而高精度的锁区测最依然是一个难题.从激光陀螺闭锁方程出发,通过理论近似的方法得到了锁区与激光陀螺输出信号谐波的近似关系.在此基础卜提出了一种激光陀螺锁区的谐波测量方法,进而通过闭锁方程的严格数值解进行了修正和误差分析.最后利用谐波测量法测量了某一激光陀螺的锁区大小,结果表明精度能够优于5%.     

空间正交三轴激光陀螺的调腔技术

通过分析传统激光陀螺的调腔方式,提出了激光陀螺应在实际工作条件(具有增益能力状态)下进行调腔的观点,以及通过控制其腔长或光程长来控制反射镜的反射方向的调腔方法,并相应地设计了新的腔长控制镜结构。通过全面扫描的方式,找出了空间正交三轴激光陀螺的三腔在高质量运转时的最佳角度控制参数,解决了空间三轴激光陀螺高精度调腔的难题。     

一种棱镜式激光陀螺光强控制系统研究

激光陀螺设计时均采用光强控制系统和程长控制系统。依据控制系统理论,建立了棱镜式激光陀螺光强控制系统传递函数。用实验测试的方法建立了环形激光器在光强控制系统中的等效数学模型,通过理论分析和Matlab仿真,能够准确评估激光陀螺光强控制系统的性能,为系统设计提供了理论依据,提高了陀螺性能和调试效率。     

曲率变化对激光陀螺损耗及性能的影响研究

为了研究曲率半径变化对激光陀螺性能参数的影响,基于谐振腔理论,建立了衍射损耗理论计算模型,通过仿真计算了曲率变化引起激光陀螺束腰的变化,从而导致衍射损耗的变化。从光阑处衍射损耗对陀螺背向散射的影响出发,分析了束腰对激光陀螺性能的影响。通过分析计算得出:当反射镜曲率变化小于0.3 m时,引起衍射损耗变化3%,导致零偏最大变化约0.013;当反射镜曲率变化0.6 m时,引起衍射损耗变化约15%,导致零偏最大变化约0.021;而曲率半径变化大于1.5 m时,衍射损耗变化达30%以上,这将引起谐振腔失谐即无法产生激光振荡。通过改变不同曲率,测量陀螺腔损耗和性能,所得的试验结果和理论计算一致,曲率半径变化对衍射损耗和陀螺性能影响较为显著。     

非共面腔激光陀螺复杂象散研究及其光阑设计

基于包括子午和弧矢方向完整的4×4旁轴光线传输矩阵,建立了非共面谐振腔激光陀螺整体环绕传输矩阵.根据该矩阵,计算q参量矩阵,代入实际参量,分析并仿真计算了某型非共面谐振腔环形激光陀螺的复杂象散,得到了光路上任意位置光斑尺寸,实验采用CCD测量了该型激光陀螺输出光不同位置的光斑尺寸,通过多点测量值双曲线拟合的方法得出束腰...     

平面谐振腔参数对腔内模式椭圆率影响的机理研究

腔内模式椭圆偏振态和磁场是激光陀螺产生磁致误差的两个必要条件,减小腔内模式椭圆率是降低激光陀螺磁灵敏度的重要途径。基于琼斯矩阵的谐振腔理论,提出了建立自洽方程的位置原则;提出了自洽方程求解中起振模式的选取方法;形成了准确、完善的腔内模式椭圆率计算公式。采用数值分析法,分析了平面腔激光陀螺反射镜参数及光路非共面误差对腔内本征模式偏振态的影响机理;提出了两种通过配置反射镜反射相移减小腔内模式椭圆率的新方法。     

激光陀螺中的光学抖动及其对锁区的影响分析

为了提高激光陀螺的性能,提出利用光学抖动改善陀螺锁区的方法.研究了环形光路中背向散射对锁区的影响,理想状态下可以消除陀螺的零阶锁区.在微扰条件下对光学抖动下陀螺腔内的光路变化进行了分析计算,得到了使陀螺锁区达到最佳改善的理论光学抖动量并进行了实验研究.实验结果表明:光学抖动可以起到类似机械抖动加噪的效果,改善陀螺的零偏稳定性.     

激光陀螺捷联惯性导航系统误差分析及仿真计算

激光陀螺随机游走现象的存在，严重影响了捷联惯性导航系统的导航性能。本文用数学分析的方法推导出激光陀螺随机游走造成的系统导航误差标准偏差的解析表达式，以便定量地研究激光陀螺随机游走对系统精度的影响，并提出改进措施。同时按照给定的飞行轨迹和随机游走系数，进行了系统数学仿真计算，对仿真计算结果进行了分析。     

激光陀螺稳频稳锁区控制参数测试系统

稳频稳锁区控制系统对提高激光陀螺的性能有着重要意义。设计了激光陀螺稳频稳锁区控制系统,并开发了稳频稳锁区控制参数测试系统。结合某型激光陀螺进行了试验验证。结果表明,该系统完全满足陀螺控制系统参数测试的需求,符合陀螺设计指标。     

机械抖动棱镜式激光陀螺出射光强度特性

针对棱镜式激光陀螺在抖动状态下出射光强度被调制的现象, 系统地研究了机械抖动对棱镜式激光陀螺中光传输轨迹和光电探测器的影响机理. 在对现有棱镜式激光陀螺性能进行分析的基础上, 应用数值模拟和有限元分析方法, 将对称型全反射棱镜纳入四棱镜陀螺的结构设计方案, 并给出了由机械抖动引起的应力双折射和光电探测器位置偏移与出射光强度的一般关系. 结果表明, 机械抖动会使棱镜产生应力双折射, 使激光光路发生改变, 同时造成光电探测器与出射光束产生相对位移, 导致出射光强度幅值产生调制. 使用全对称型的陀螺结构, 选取具有合适折射率的对称型棱镜, 减小探测器与出射光斑中心的相对位移, 可以将出射光强度调制幅值相比原先减小52.63%以上, 显著地改善出射光强度被调制的现象. 此分析结果为提高激光陀螺的可靠性提供了重要参考.     

激光陀螺锁区最小化控制技术

通过分析激光陀螺锁区的形成原因,给出了锁区最小化控制的基本原理.由激光陀螺谐振腔相向传播光束的输出特性,说明了常规锁区控制方案存在的缺点.从激光陀螺基本方程推导出锁区误差判别信号,提出了基于拍频信号和腔长信号迭加放大的高信噪比锁区控制方案,对交变偏频和常值偏频激光陀螺均适用.运用该项技术,实现了对某型激光陀螺的全温范围内的锁区最小化控制.     

激光陀螺锁区最小化控制技术

通过分析激光陀螺锁区的形成原因,给出了锁区最小化控制的基本原理.由激光陀螺谐振腔相向传播光束的输出特性,说明了常规锁区控制方案存在的缺点.从激光陀螺基本方程推导出锁区误差判别信号,提出了基于拍频信号和腔长信号迭加放大的高信噪比锁区控制方案,对交变偏频和常值偏频激光陀螺均适用.运用该项技术,实现了对某型激光陀螺的全温范围内的锁区最小化控制.     

腔镜失调对激光陀螺信号输出的影响

研究了不同腔镜结构不同失调情况对空间谐振式激光陀螺中光束空间位置的影响.利用Collins积分与Collins程函理论以及MATLAB软件工具,对腔镜失调前后激光陀螺中光束传输进行了仿真计算.结果表明,相同失调量的不同反射镜所产生的拍频频差是不同的,且分别从M1和M4镜探测到的拍信号频不相同|对于小增益激光器,使用球面镜的腔镜结构较平面镜的腔镜结构更易形成稳定光束空间位置分布|由所计算的空间坐标xn可以看出,双向行波光束的光斑中心发生了偏移,在一定的失调量下将会影响到激光陀螺的拍频输出.研究结果对激光陀螺的工程检测和腔镜调整有指导作用,有助于激光陀螺测量准确度的提高.     

全反射棱镜式激光陀螺标度因数补偿技术

针对全反射棱镜式激光陀螺标度因数随温度周期性变化的现象,根据矩阵光学方法研究了稳频状态下温度变化对环形激光面积的影响,获得了全反射棱镜式激光陀螺标度因数与稳频电压的关系,并得出光束偏移是引起标度因数随温度周期性变化的原因。根据标度因数与稳频电压的关系,建立了全反射棱镜式激光陀螺标度因数补偿模型,通过实验对比了补偿前后标度因数的非线性度。结果表明,根据该补偿模型对全反射棱镜式激光陀螺标度因数进行补偿,标度因数非线性度提高了一个数量级以上,对提高全反射棱镜式激光陀螺的性能具有一定的参考价值。     

全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频技术EI北大核心CSCD

针对全反射棱镜式激光陀螺在稳频过程中相敏信号易受噪声干扰的现象,研究了全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频技术。理论分析了全反射棱镜式激光陀螺的稳频特性,结合自适应噪声对消原理,建立了全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频系统的数学模型。通过硬件电路设计,搭建了基于递归最小二乘算法的自适应稳频控制系统。分别对原有稳频技术与自适应稳频技术进行了实验测试,实验结果表明,自适应稳频能有效消除噪声对相敏信号的干扰,稳频精度提高了近一个数量级,陀螺精度相应提高了60%以上。此分析结果为提高全反射棱镜式激光陀螺的性能提供了重要参考。     

四频差动激光陀螺开机零漂特性研究

四频差动激光陀螺开机零漂性能对于快速启动场合有重要价值。从开机预热过程出发,分析其物理作用机制,讨论了几种影响因素,并提出相应解决方法。如采用色散平衡技术减小零漂对稳频位置的敏感性,采用自动增益控制回路稳定光强,采用空间异面腔结构消除水晶片负性影响,采用合理的热布局设计加快热平衡过程,采用可靠性高的检测电路增强稳定性,采用相关措施削弱腔体变形等方法。实验表明,这些方法对改善开机零漂性能是有效的,对研究者有一定参考价值。