小型激光陀螺随机误差的Allan方差分析

介绍了Allan方差的基本定义,描述了用Allan方差法估算激光陀螺噪声的方法,并推导了具体过程。用Allan方差法对某小型激光陀螺的零偏数据进行分析,得到该激光陀螺的量化噪声系数、角度随机游走系数、零偏不稳定性系数、角速率随机游走系数、速率斜坡系数等5个误差源,对所得结果进行了解释,为该型激光陀螺进行各种误差补偿提供了理论依据。     

机械抖动激光陀螺新型信号处理方法的研究

针对高速采样低通滤波的线性脉冲响应(FIR)滤波器在机械抖动激光陀螺(MDRLG)信号处理中存在着较大的时延,限制MDRLG在快速跟踪中的应用,基于相关滤波技术提出了一种新的信号处理方法。对这一方法的基本理论进行了分析,并基于Labview实现了仿真。相关滤波后,激光陀螺输出中的抖动信号衰减了约41dB,还不能达到激光陀螺应用的要求,可以适当加一低阶的FIR低通滤波器去除抖动剥除后剩余的抖动成分和高频噪声。在静态条件下用这三种信号处理方法分别对激光陀螺零偏进行了测试。相关滤波法所测得零偏稳定性(1σ00)比50阶FIR滤波器差了将近三倍,相关滤波后再经过22阶的FIR低通滤波测得的零偏稳定性比50阶FIR低通滤波器的测试结果大了不足0.001°/h,延迟时间却从4.9ms减小至2.1ms。     

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.     

激光陀螺抖动控制电路高精度数字化设计

随着激光陀螺电路系统数字化,小型化的不断发展。传统的机抖激光陀螺模拟偏频系统由于存在体积大,难以进行精确控制的缺点而在使用中受到极大限制。本文设计了一种基于DSP的数字机抖偏频控制系统,提出了数字机抖偏频控制系统原理,实现了一种周期性锯齿波噪声的注入。实验结果表明,数字机抖控制系统工作稳定,激光陀螺测量精度高。     

随机噪声对激光陀螺输出特性的影响

分析了纯随机噪声输入和周期性抖动信号叠加随机噪声的复合抖动输入两种激励下，激光陀螺输出信号均值偏差和分散系数与随机噪声强度之间的数学关系，基于该关系公式，综合读出角速度标准差、输出信号均值偏差和分散系数，提出随机噪声强度的选择方法。研究表明，纯随机噪声减小频率闭锁影响没有应用价值，因为随机噪声的引入将导致激光陀螺测量范围的减小或输出方差的增大，这都不是理想的结果。而在周期性抖动信号基础上叠加随机噪声，并不影响激光陀螺的测量范围，却可大幅度地提高激光陀螺的读出精度，输出方差的增大可以通过延长采样周期予以减小，满足应用要求。     

激光陀螺滤波评估方法研究

在现有硬件的基础上,通过滤波等软件算法来提高激光陀螺捷联惯导系统对准和导航精度是目前国内外学者所公认的。为了对激光陀螺滤波前后的效果进行准确、定量的评估,设计了Allan方差分析算法,开发了对准-导航及精度分析评估软件,分别从元件级、系统级对其展开了研究,并结合具体激光陀螺捷联惯导设备对其进行了实验验证。     

环形激光陀螺仪机械抖动参数的选定

抖动参数的正确选择直接影响抖动偏频效果。为了有效地进行抖动偏频 ,抖动角速度幅度应远大于 RL G的闭锁阀值。当抖动角幅度增大至一定值后 ,再增大抖动角幅度对抖动偏频效果影响不大 ,而局部调整抖动角幅度却可能使动态锁区降为 0 ,实现完全解锁。同时抖动角幅度的对称性控制对减小由抖动而产生的偏置误差具有重要的意义。为了适应高速数字采集和处理 ,抖动频率应尽可能地提高     

激光陀螺抖动偏频优化研究

基于频率调制理论,分析、仿真计算了正弦抖动偏频和优化后的正弦抖动偏频条件下,激光陀螺输入-输出曲线的特点.结果表明：正弦抖动偏频时激光陀螺的输入-输出曲线在抖动频率的倍频点处存在着动态锁区,其宽度与激光陀螺静态锁区、抖动角振幅有关.采用优化后的正弦抖动偏频可以很好地克服动态锁区,大大提高激光陀螺输入-输出曲线的线性度.试验对比了正弦抖动偏频和优化后的正弦抖动偏频条件下激光陀螺的输出性能.试验结果表明：采用优化后的正弦抖动偏频显著提高了陀螺准确度.     

自适应陷波器在机抖激光陀螺信号处理中的应用

首先利用极零点受限自适应陷波器对二频机械抖动激光陀螺输出信号利用预处理,然后再进行低通滤波器处理的方法,不仅有效地消除了抖动输出,而且减小了由FIR滤波器引起的时间延迟。     

环形激光陀螺仪机械抖动参数的优化设计

在简要介绍了动态锁区形成原理后 ,通过对 RL G基本输入输出关系的推导得出了动态锁区的宽度表达式。基于减小动态锁区影响的目的 ,建立了相应的优化模型。优化结果表明 :适当增大抖动深度对减小动态锁区的影响是必要的 ,但当抖动深度增大到一定程度后 ,再增大抖动深度对减小动态锁区没有明显的效果 ,而根据优化结果进行局部调整却可能得到很好的偏频效果。     

Analysis of nonlinear response in a body dithered ring laser gyro

We present a solution of the dither equation in a ring laser gyro. This solution is based on an application of Floquet theory to the linear equation derived from the original dither equation. The circumvention of the zero locking band as well as the appearance of higher order locking zones are discussed.     

利用分段回归拟合激光陀螺仪零偏测试的Allan方差

在介绍Allan方差方法的基础上,计算出了激光陀螺仪零偏测试数据的Allan方差。首次利用分段回归方法拟合Allan方差数据,得到了零偏测试中的各误差源系数。结果表明,该方法能有效地辨识出存在于激光陀螺仪零偏测试中的各种噪声,极大地降低了激光陀螺仪Allan方差数据处理的难度。指出了激光陀螺硬件中存在的误差,提出了激光陀螺仪的改进方案。     

Allan variance for optimal signal averaging—monitoring by diode-laser and CO2 laser photo-acoustic spectroscopy

The concept of the Allan variance has been utilized to test the detection abilities of two powerful experimental methods for trace gas monitoring: IR diode-laser and CO₂ laser photo-acoustic spectroscopy. The detection of stable molecules (OCS, allene, CH₃OH), and unstable species (ozone, short-lived free radical CN and molecular ion ArD⁺) have been compared. An approach for studies of the influence of the reactivity on the optimal averaging time for the minimum detectable concentration is demonstrated.     

一种低成本的光纤陀螺信号处理方法

讨论了一种低成本的干涉型光纤陀螺的信号处理方法。应用了自动相位跟踪技术,重点解决了PZT的稳定性问题,提高了光纤陀螺的精度。在方案中,以正弦波信号作为相位偏置信号,相位解调运用了同步相关检测的方法。方案的优点是其低成本和易于实现,能够满足在一定条件下陆地导航和定位系统的需要。     

基于电子信号处理的四频激光陀螺信号读出研究

针对当前四频差动激光陀螺(DLG)读出系统结构复杂、易受温度影响等问题,对现有读出系统进行了改进,设计了使用电子信号处理代替光学信号处理来分离左、右旋陀螺信号的新型读出系统。通过对一个DLG同时使用新旧两套不同的读出系统进行测试,得到了相同的测试结果,表明电子信号处理和光学信号处理在分离左、右旋陀螺信号方面是等效的。在此基础上,首先使用模数转换器对DLG的光电转换信号进行采样,然后进行了数字信号处理,并研制出了全数字化读出系统。新型读出系统不使用四分之一波片和偏振片等光学元件,具有温度稳定性好、结构简单、全数字化等优点,有利于四频陀螺性能的提高和批量生产。     

激光陀螺光电探测器光窗的设计

用平面波计算拍频条纹间距时,因激光器中存在衍射效应,且实际光强分布为高斯型,故给光电探测器光窗尺寸计算带来很大误差(40%),导致系统不能正常工作。为此,以高斯光束为基础,利用光电探测器测得2路信号的相位差,通过数值计算得到2束光拍频条纹间距,由此计算得到理想相位差光电探测器的尺寸。最后,用实验验证了该设计方法的可行性,为RLG光电探测器光窗尺寸的设计提供了一种简单准确的方法。     

有限冲击响应滤波器在四频激光陀螺中的应用

针对目前四频差动激光陀螺光学解调方案可靠性和温度特性差的特点,介绍一种基于FPGA的数字拍频解调方案。分析了四频差动激光陀螺数字拍频解调对电路系统的需求,对数字拍频解调的关键部件低通滤波器进行了设计与实现。根据四频差动激光陀螺的特性参数计算滤波器的通带截止频率及阻带截止频率,使用MATLAB的滤波器设计和分析工具FDATool完成了有限冲击响应（FIR）数字滤波器的参数设计,并利用Xilinx公司的FPGA集成开发环境ISE实现FIR数字滤波器的片上系统设计。仿真和实验结果表明,所设计的FIR数字滤波器对四频差动激光陀螺的和频分量衰减达到-66 dB,满足四频差动激光陀螺拍频解调的需求,并有助于实现四频差动激光陀螺的小型化和数字化。     

跟踪微分器在陀螺信号去噪方面的应用

为了提高航空光电稳定平台的视轴稳定精度,采用跟踪微分器作为滤波器,对输入信号进行滤波,改善随机噪声对控制精度带来的负面影响。跟踪微分器会产生相位延迟,根据它得到的滤波信号及其微分信号,采用预报方法对滤波后的信号进行补偿。算法不依赖对象模型,计算量较小,易于实现。本文阐述了该算法的离散数学表达式,给出数值仿真分析,并在某型航空光电稳定平台上进行实验验证。结果表明:相较于巴特沃斯滤波器,跟踪微分器提高了阶跃响应的性能,最大超调量减少10.5%,上升时间缩短了4.5 ms,调整时间缩短50 ms。基本满足控制系统的实时性、快速性、稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。研究表明跟踪微分器对于航空光电稳定平台的精度提高,有比较好的实用价值。