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。     

四频差动激光陀螺稳频控制仿真

介绍了四频差动激光陀螺稳频的基本工作原理,在分析稳频电路各组成环节传递特性的基础上,给出了稳频控制系统的开环和闭环传递函数,并从满足相位裕度指标(45°)角度对控制系统各参数进行了优化,结果显示当开环总增益k取33时系统有较好的稳定性和较快的响应速度,满足四频差动激光陀螺稳频控制要求。     

四频差动激光陀螺中的粒子数脉动效应

为研究激光陀螺精细模耦合作用,考虑了增益介质中的粒子数脉动效应.从激光器物理原理出发,分析了粒子数脉动效应的产生机制,结合四频差动激光陀螺特点,得出粒子数脉动效应是一种精细模耦合效应,不同激光模式间的拍频使增益介质中粒子数布居差产生调制,进而对模耦合产生影响.数值计算了粒子数脉动在耦合效应中的大小.计算结果表明:粒子数脉动效应和其他耦合效应随腔频变化基本一致,在大多数腔频范围内数值较小,为其他耦合效应的4%以下;在某些腔频范围(如0.37＜ξ＜0.46,0.02＜ξ＜0.06,0.86＜ξ＜0.88)有较大数值,为其他耦合效应的80%以上,在激光陀螺的模耦合分析中不可忽略.     

基于FPGA的四频陀螺信号解调系统的设计与仿真

为了简化四频差动激光陀螺的信号读出系统,采用了一种基于FPGA实现的数字电路解调方案取代传统的合光棱镜中的1／4波片和偏振片来分离左、右旋陀螺信号。简述了四频差动激光陀螺的信号读出原理及解调电路方案,设计了主要由A／D转换器和FPGA构成的四频陀螺信号读出系统。通过Quartus Ⅱ等EDA工具在软件上对系统予以了实现,并针对其主要功能模块进行了仿真验证。仿真结果表明,将四频陀螺信号转化为数字信号后,利用FPGA实现信号解调并最终达到分离左、右旋陀螺信号的方案是可行的,该方案将有助于全数字化激光陀螺的研制。     

四频差动激光陀螺小抖动稳频初步研究

为避免传统光强差稳频方式的缺陷,提出了四频差动激光陀螺小抖动稳频方法.从四频陀螺工作原理出发,分析了小抖动稳频的特性和难点,如鉴频灵敏度较低、陀螺参量不当时工作点有严重偏移、工作模式不易判别、陀螺零漂受稳频精度影响大.针对每一难点提出,解决办法,特别是极低噪声电路的设计技术是提高四频陀螺小抖动稳频精度的关键.提出的解决方案为进一步实验研究提供了理论指导.     

异面腔四频差动激光陀螺的小抖动稳频

为了解决光强差稳频系统易受光电元件参量影响的问题,设计了一套用于异面腔四频差动激光陀螺的小抖动稳频系统。采用高频放大和幅度检波电路检出四频差动激光陀螺顺时针(或逆时针)输出光束的拍频幅度,然后用模数转换器采集到数字信号处理器(DSP)内。四频差动激光陀螺正常工作时拍频幅度取极大值,因此可通过对腔长进行小抖动调制实现稳频。利用DSP设计了一套数字式稳频系统,1 s取样的稳频精度为2×10-9,更重要的是稳频点不受光电元件参量变化的影响。设计的小抖动稳频电路精度高、通用性好,对提高四频差动激光陀螺适应恶劣环境的能力有一定的价值。     

四频差动激光陀螺最佳工作点实时控制技术

为了降低四频差动激光陀螺（FMDLG）零偏对外界因素影响的敏感性,采用了最佳工作点实时控制技术。该技术使用色散平衡和稳频偏置的方法,对增益区磁场和失谐频率进行小幅度正弦调制,在FMDLG输出零偏中解调出误差信号,经负反馈控制回路使FMDLG在对外界干扰敏感性最小的唯一最佳工作点下工作。与仅使用光强差进行稳频的传统方法相比,最佳工作点控制技术大大降低了FMDLG的磁敏感度和零偏稳定性,证实了FMDLG最佳工作点实时控制技术的有效性;静态、动态测试实验结果证明了该技术的正确性。     

四频激光陀螺和频与温度关系的研究

研究了四频激光陀螺和频与温度之间的关系。通过静态和动态实验 ,证明了和频与温度的线性关系 ,并得到了拟合直线表达式。结果表明 ,和频与温度具有较好的线性关系 ,和频可作为温度测量的计量 ,而且具有较好的重复性。由于测量频率的精度较高 ,故由和频测量温度具有很高的分辨率。     

四频差动激光陀螺的磁敏感性与最佳工作点

为了减小四频差动激光陀螺(DILAG)的磁敏感性,研究了工作点对磁敏感性的影响.根据理论分析,磁敏感性主要来自于左、右旋陀螺相对比例因子修正的不对称,它与工作点有关,在最佳工作点下为零.通过在DILAG增益管上缠绕线圈产生轴向磁场,调节附着于腔平移镜上的压电换能器的驱动电压改变工作点,得到磁灵敏度随工作点的变化规律.结果表明,DILAG在最佳工作点下对外界磁场不敏感,且在每个工作区存在唯一的最佳工作点.DILAG工作在最佳工作点可以使外界干扰在差动中消除,因而有利于提高其性能.为了保证DILAG工作在最佳工作点,必须改变传统的光强差稳频方式.     

石英晶体温度效应对四频差动激光陀螺中光场偏振特性的影响

为研究石英晶体温度效应对四频差动激光陀螺的影响,从陀螺的自再现传播矩阵出发,结合石英晶体旋光率随温度变化的经验公式,利用琼斯矩阵求本征模的方法,得出了四频差动激光陀螺腔内光场本征偏振态与温度的关系并进行了数值分析,得到椭圆度和左右旋差损随温度变化的曲线。结果表明,石英晶体温度效应对偏振特性的影响与反射镜片的振幅反射率和反射相移有密切关系,对于典型陀螺参量,在-60℃～60℃范围内石英晶体温度效应导致左右旋差损从0增加至10-6量级, 椭圆度从0.122增至0.138。     

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。     

磁场对四频差动激光陀螺光强和零偏的影响

研究了四频差动激光陀螺输出光强和零偏随纵向磁场的变化规律。理论分析表明,当由纵向磁场引起的增益/色散曲线的塞曼分裂等于非互易分裂时,顺时针模式和逆时针模式的光强相等,零偏不随腔长的变化而变化,实验结果与理论分析基本一致。同时还发现顺时针和逆时针模式的光强随磁场线性变化,但变化量较小且易受温度的影响,不适合作为磁场大小的度量。由于沿谐振腔环路的增益和损耗并非处处相同,顺时针和逆时针光束入射到光电管上的量不相等,因此需要对顺时针和逆时针输出光强的放大倍数进行标定,以便进行色散平衡的控制。     

异面腔四频差动激光陀螺的智能选模

针对异面腔四频差动激光陀螺(DILAG)工作模式不确定性和跳模对其性能的负面影响,提出了根据开机时腔体温度快速选择最优初始模的智能选模方法。分析了纵模阶数对DILAG的零偏和比例因子的影响以及跳模的危害,指出选择最优初始模是在现有基础上进一步提高DILAG性能的重要方法。通过温度实验做出了最优模相应的压电换能器(PZT)驱动电压随温度的变化曲线,为建立选模模型提供了基本依据。实验表明,智能选模使腔长控制系统加电后能快速稳定在最优初始模,减小了跳模几率,提高了腔长控制电路的鲁棒性和自适应性,对改善DILAG的性能、可靠性具有实用价值。     

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。     

谐振式集成光学陀螺解调特性分析

基于激光器频率谱检测技术,沿着光的传输方向分析了光波在谐振式集成光学陀螺系统中的传播,结合输入信号特征,建立频域内的数学模型,通过数值仿真和实验得到了调频检测系统下的解调曲线。按照光的传输方向：激光器、声光晶体移频器、光波导环形谐振器、探测器,利用贝塞尔函数展开和光场耦合模理论分析了谐振式集成光学陀螺解调特性,及其调频调制检测系统解调输出信号与谐振频率偏差之间的关系。通过数值计算,分析了解调曲线的变化规律,得到了施加在激光器压电陶瓷驱动器上调制波形的最佳调制系数。在实验上搭建了激光器频率调制解调技术系统,得到了解调曲线。数值仿真和实验结果表明,当调制系数M=2时,线性工作区间斜率最大,解调曲线最好。实测形状与理论分析结果相符,从解调信号得到±2×10³ rad/s的陀螺动态范围。     

级联积分梳状滤波器在超声检测系统中的应用*

在超声探伤系统中,通常要求回波幅度的垂直线性误差小于±5%,通常采样率需10倍于原始信号频率以上,对于高频探头来说对仪器的A/D性能要求较高。该文提出了一种基于现场可编程门阵列的对探伤信号恢复幅值方法,采用高效的级联积分梳状滤波器(CIC滤波器)及其FIR补偿滤波器进行滤波插值,在有限的采样频率下实现了高频信号的幅值恢复,并通过MATLAB和自研硬件平台进行了仿真、架构和实验,验证了CIC插值滤波器的滤波误差小于2.2%且效率高于具有同等插值效果的FIR插值滤波器,具备很好的工程应用价值。     

自适应滤波技术在激光多普勒测速仪中的应用

激光多普勒测速仪检测系统提取的光电信号中存在较大的噪声信号。为了消除这些噪声干扰, 提高激光多普勒测速仪的测量精度,提出一种新的信号处理方法,将最小均方差自适应滤波技术应用于激光多普勒测量中,利用多普勒信号和噪声信号的统计特性,以最小均方误差估计为准则,最大程度地滤除噪声信号。阐述了最小均方差自适应滤波算法的基本原理,在MATLAB平台上将其应用于理想正弦信号进行仿真,并将其应用于实测多普勒信号的处理中。仿真和实验均表明,该技术可以有效抑制激光多普勒测量中的多频率噪声的干扰,大大提高多普勒信号的信噪比和测量精度,为设计高精度的激光多普勒测速仪创造了条件。     

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。