高精度光纤陀螺光源强度噪声的抑制

掺铒超荧光光纤光源的光源强度噪声是影响高精度光纤陀螺随机游走系数的主要因素。为了降低陀螺随机游走系数,进一步提高陀螺精度,提出了一种抑制光纤陀螺光源强度噪声的方法。利用耦合器两个输出端输出光的相关性,将两束光转换为电信号送入FPGA中,用数字电路相减法实现光源强度噪声的抑制。通过Allan方差法对抑制前后陀螺输出数据的分析结果可以看出,采用数字相减法可以有效的抑制光纤陀螺的光源强度噪声,角随机游走系数与抑制前相比减小33%。该方法与以往的方法相比,具有工程实现简便、可靠性高、维护容易等优点。     

基于拉格朗日插值的光纤陀螺时延补偿方法

针对光纤陀螺存在时延环节而影响了光纤惯组的导航位置精度的问题,从陀螺仪原理出发,分析光纤陀螺仪时延产生的机理以及不同方向陀螺仪时延特性与导航位置精度之间的关系。在此基础上,提出了基于拉格朗日插值的时延补偿方法,通过拉格朗日插值运算得到当前时刻的对准信息,从而实现了三个方向的陀螺仪输出的时间配准。通过仿真和多自由度导航试验验证,证明了该方法的正确性和有效性,该方法易于实现,通过补偿导航位置精度提高了21%。     

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。     

基于微孔参数优化的超流体陀螺噪声抑制方法

为了解决超流体陀螺噪声较大,限制其高测量精度的潜力发挥的问题,提出了一种基于微孔参数优化的噪声抑制方法。根据超流体流过单一微孔的速度幅值,分析了微孔孔径对超流体流量幅值的影响;在考虑热噪声的情况下,推导了微孔数量和超流体流量幅值之间的方程;构建了微孔参数与超流体陀螺噪声之间的数学模型。基于该数学模型开展仿真与分析,由仿真结果可知:随着微孔孔径和微孔数量的增加,陀螺噪声呈现下降的趋势。采用最优微孔参数:微孔孔径为95 nm,微孔数量为5625时,超流体陀螺的噪声被抑制为取通用参数(微孔孔径为70 nm,微孔数量为4225)时的1/2,使得超流体陀螺的测量精度得到了显著提高。     

光纤陀螺启动过程标度因数补偿方法

针对光纤陀螺启动过程标度因数变化大、稳定时间长的问题,提出标度因数补偿方案。分析了光纤陀螺启动过程中标度因数误差及超辐射发光二极管平均波长随温度变化误差产生的物理机制,建立了启动过程中标度因数误差的数学模型。进一步提出了一种通过测量温控电桥电路THERMIN端电压实时补偿启动过程标度因数的方案。试验结果表明,启动过程中(2 s内)光纤陀螺标度因数误差峰峰值从约25 000×10~(-6)降低到小于300×10~(-6),大幅提高了启动过程标度因数性能,满足了武器系统的快速启动需求。     

光纤陀螺环路增益高精度实时检测与闭环控制方法

传统光纤陀螺控制算法,只能保证反馈通道增益的稳定,无法实现前向通道增益的实时检测与稳定保持,而前向通道增益稳定性是影响光纤陀螺性能、反映实际条件下光纤陀螺工作状态的重要参数之一.为此,提出了一种光纤陀螺环路增益高精度实时检测与闭环控制方法,利用新引入的增益监控调制信号实现了全环路增益的实时精确检测,采用增益闭环自动控制...     

基于双模型的光纤陀螺温度补偿方法（英文）

基于Sagnac效应的光纤陀螺(FOG),因其自身的优点广泛地应用在捷联惯性导航系统中(SINS)。然而,温度对FOG的影响包括常值影响和随机影响,仍是制约光纤陀螺性能的关键因素之一。针对不同性质的漂移,首先建立基于相关性分析的多项式模型补偿常值漂移;然后结合时间序列分析的方法,利用Kalman滤波抑制经多项式模型补偿后残差信号中的随机成分,进一步提高FOG的精度。单轴光纤陀螺试验结果表明,传统的单多项式补偿模型,FOG的零偏稳定性能由0.05(°)/h仅提高到0.04(°)/h;采用常值和随机的双补偿模型,FOG的零偏稳定性能由0.05(°)/h提高到了0.01(°)/h。证明了双温度建模与补偿方法的有效性,在工程上有一定的参考价值。     

半球谐振陀螺电路增益非对称分析及抑制方法

全角模式半球谐振陀螺具有测量动态范围大,不存在速率积分误差等优点,应用场景广泛,但驻波检测和驱动电路的增益非对称会对其标度因数的线性度和稳定性产生影响。针对上述问题,推导了含有检测驱动电路增益和相移的陀螺动力学模型,明确电路增益和相移不对称对陀螺标度因数的影响机理,提出一种检测驱动电路单路复用的方法,并通过仿真验证了所提方法的有效性。最后开展单路复用实验,实验结果表明单路复用将全角模式下的角速度漂移降低了82%,并将标度因数非线性从6%降低到了1.3%,基本消除了电路的增益非对称对标度因数的影响。     

基于多模型分段拟合的光纤陀螺温度误差补偿方法

传统光纤陀螺温度误差采用单一模型进行建模与补偿,存在模型适配性较差的问题。考虑到光纤陀螺在不同温度区间的温度特性存在明显差异,为提高光纤陀螺温度误差补偿精度,提出了基于多模型分段拟合的光纤陀螺温度误差补偿方法。设计了-15⁵0℃区间内温度实验,在大量实测数据分析基础上,将陀螺温度特性按照低、中、高三个温度区间,分别建立三种不同阶次的温度误差模型。采用分段拟合的方法进行误差建模,并利用所建模型对光纤陀螺进行了温度误差补偿。实测数据表明,提出方法能够有效改善光纤陀螺的温度漂移,补偿后漂移标准差减少66.67%。     

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.     

基于粒子群优化算法的光纤陀螺温度误差分段补偿方法

针对光纤陀螺的温度误差单一模型补偿方法适配性较差的问题,提出一种基于粒子群优化(PSO)算法的光纤陀螺温度误差分段补偿方法。此方法基于分段建模补偿的思想,在建模时加入温度和温度变化率影响因子,并引入PSO算法极值寻优,得到最优补偿函数。为了验证此方法的补偿效果,设计了?15℃~50℃区间内光纤陀螺温度实验,分别利用所提方法和传统方法对其温度误差进行补偿。试验结果表明,使用所提方法能够极大地降低温度误差,与传统算法相比,在保证补偿后陀螺零偏稳定性一致的前提下陀螺零偏均值降低了一个数量级,并且具有实时补偿性。     

基于小波变换阈值法处理光纤陀螺信号噪声

小波具有多分辨率分析特性,利用小波变换阈值滤波可以有效地处理光纤陀螺信号的噪声。具体的仿真实验分析比较表明,小波变换阈值滤波可以有效地剔除光纤陀螺的信号噪声;与传统的数字低通滤波方法相比,去噪效果更好。利用Allan方差法并通过最小二乘拟合可得到陀螺信号噪声中各误差源的幅度;通过比较滤波前后的各误差系数的具体数值,进一步证实了小波变换阈值滤波的有效性;并指出通过小波分析可以显示出陀螺信号中低频噪声的发展趋势。     

基于随机共振的数字闭环光纤陀螺死区现象抑制

为抑制数据闭环光纤陀螺中死区现象引致的非线性性,实验研究了随机共振效应对系统信噪比的影响。实验结果表明,以电阻热噪声作为原始噪声源,配合适当的电路设计,可获得带宽可调、零均值、正态分布的随机噪声;在陀螺闭环反馈环节中的A/D转换器前,引入相应随机噪声,利用二值量化系统的非线性性,基于随机共振效应,可以提高系统信噪比,将陀螺的死区阈值从0.37o/h降至0.15o/h。此外,对于给定的陀螺系统,噪声强度、带宽和采样频率的选择不同,抑制死区现象的效果亦不同。进一步的理论分析表明,该方法可以广泛适用于基于数字闭环结构的微弱信号检测系统。     

闭环光纤陀螺光电探测组件噪声特性

阐述、推导了光电探测组件PIN-FET的输出信噪比(SNR)与闭环光纤陀螺零偏稳定性的关系。研究了PIN-FET组件的主要噪声源:电阻及FET级内部热噪声、散粒噪声、相对强度噪声(RIN)和1/f噪声,试验测试了各种噪声源对组件噪声功率的影响程度。结果显示PIN-FET组件接收光功率1μW时,输出噪声以散粒噪声为主;增大光功率RIN和1/f噪声所占比重,将影响信噪比改善程度;光功率由小到大的变化过程中,信噪比会出现下降现象。组件中PIN管与FET级的直接耦合导致PIN管输出直流量,影响了放大电路噪声因数(NF),致使信噪比在光功率增大时出现下降现象。在PIN管与放大电路间设计了LC匹配网络,隔离PIN管输出直流量对放大电路的不良影响,稳定放大器噪声系数,改善光电探测环节的信噪比性能。     

开关电源噪声对光纤陀螺精度影响的研究

针对光纤陀螺专用开关电源集成化,分析了PWM波形变化以及开关频率引起的噪声对陀螺精度的影响。测试结果表明:对零漂为0.3 ()/h的中精度陀螺,开关电源噪声对陀螺精度没影响。     

基于Faraday效应的光纤陀螺频率特性评估方法

由于角振动台的振动频率有限,无法实现光纤陀螺的高带宽测试。提出了基于Faraday效应的光纤陀螺频率特性评估方法,采用正弦电流激励下的Faraday相位差等效Sagnac相位差,解决了激励信号输出频率有限的问题。根据光纤中的Faraday效应原理,分析了该评估方法与光纤陀螺角振动台测试方法的等效性;搭建了评估系统,使用该评估系统来模拟某型号光纤陀螺的信号处理过程,进行等效评估实验,得到了等效评估的光纤陀螺闭环带宽为9 kHz,实现了高带宽光纤陀螺的频率特性评估测试,为改善光纤陀螺的动态特性提供了有效的验证平台。     

基于ARMA模型的光纤陀螺随机噪声滤波方法

对光纤陀螺随机噪声的ARMA建模及卡尔曼滤波方法进行了研究。针对ARMA(Auto-Regressive and Moving Average自回归滑动平均)模型的有色噪声在状态方程中不能通过传统的状态扩充法进行白化的问题,提出了新的噪声白化方法:采用增广最小二乘法估计ARMA模型的参数,同时提取出ARMA模型中的驱动白噪声,从而可以把ARMA模型中的有色噪声项作为控制项放入系统的状态方程,通过Sage-Husa的次优无偏MAP(Maximum A Posteriori,极大后验)噪声统计估值器对系统噪声的统计特性进行估计,实现了系统噪声的白化。在此基础上应用自适应卡尔曼滤波,有效消除了误差,得到状态值的准确估计。实验结果表明,对于随机噪声的自相关和互相关特性均呈现拖尾性质的光纤陀螺,采用新方法比传统基于AR模型的Kalman滤波降噪方法滤除噪声的效果提高了10%以上。     

基于小波分析法的光纤陀螺系统标定方法

光纤陀螺的随机噪声很大程度地影响系统的标定精度,通常的解决方法是增加平均次数、延长采样时间等,不能从根本上解决问题。利用小波变换阈值滤波对光纤陀螺系统标定的测试数据进行预先处理,采用Allan方差法分析滤波前后的测试数据,发现滤波后陀螺各项随机误差系数均得到明显抑制。用消噪后的陀螺信号进行标定处理,结果表明仅用原数据量的十分之一即可获得相同的标定精度,减少了测试时间,提高了标定效率。     

基于视觉技术的光纤陀螺闭合光路光纤缺陷检测方法

针对光纤陀螺内部光纤在装配后光路闭合,无有效手段进行光纤缺陷检查,对光纤陀螺长期稳定可靠工作带来潜在危险的问题,提出利用红外视觉检测技术检查光纤缺陷,分析光纤缺陷图像特征,采用最大熵法进行图像分割,提出了结合直方图特征、缺陷区域形状特征、缺陷边界形状特征提取方法,采用改进的神经网络分类方法,用两层网络进行缺陷分类,识别判断不同类别的光纤缺陷。针对光纤缺陷图像的处理结果表明,该方法能够有效地检测光纤缺陷,对不可接受的缺陷能够100%地正确判断。