基于光纤陀螺的教学实验寻北仪

光纤陀螺可测量沿其轴向转动角速度,利用此功能通过四位置法可以实现寻北、实验室所在纬度以及地球自转角速度的测量.本文介绍光纤陀螺寻北仪和四位置法的工作原理.另外还介绍了寻北仪的实验装置和基本操作过程,以及对数据的处理方法.     

光纤陀螺寻北仪在测量当地纬度时的一些探讨

光纤陀螺可以测量自身轴向角速度的大小,利用它的这种敏感性便可实现寻北和实验室所在纬度的测量.本文在简要介绍光纤陀螺寻北仪实验的基础上,着重对纬度的两种不同定义方法及其计算结果进行了分析,同时讨论了目前国际上通用的纬度计算方法与我国通用方法之间的关系,给出了它们之间的转换方法.     

光纤陀螺寻北仪控制系统的设计和实现

陀螺寻北系统在军事和民用领域具有极广阔的应用。该文介绍了一种使用光纤陀螺实现自寻北系统的实现方法。系统采用DSP和计算机相结合的方法，其中用DSP进行数据采集及系统控制，DSP和计算机以RS232串口方式进行通信，用计算机实现数字滤波、数据解算和实时状态显示，完成寻北。寻北结束给出初始方位角，并用激光光斑指示北向。已完成的系统根据采用陀螺精度不同，达到3～10mrad寻北精度，可以满足相应寻北精度要求的军事和民用目的。     

光纤陀螺动态寻北转位控制系统设计

针对光纤陀螺动态寻北仪实际应用中存在的转位误差以及高频测量噪声问题,对寻北仪转位机构引入低通滤波和反馈回路,设计出了一种新的转位控制系统,有效地减小了由于光纤陀螺和转位机构的误差带来的系统误差,从而提高了动态寻北仪的寻北精度;实验结果表明,相同条件下该控制系统能有效缩短寻北时间,提高定位精度至4″,具有较好工程实用前景。     

单光纤光纤陀螺误差分析

单光纤光纤陀螺采用的是单光纤在线制作技术。由于这种方法是把所有的光器件都放在一根光纤上制作,因此各光器件的连接处没有融接点,并且光器件的性能可在线控制。在分析其结构的基础上建立了开环FOG的光学模型,并进行了误差分析。指出了单光纤光纤陀螺方案是低成本、高可靠性、易于工程化的一种方案。     

速率光纤陀螺寻北仪倾斜补偿算法研究

针对速率光纤陀螺寻北仪,提出了一种倾斜补偿算法.通过采用积分滑动和最小二乘拟合滤波技术,对光纤陀螺和加速度计原始测量信号进行数据处理.试验数据表明,采用本算法解决了由倾斜角存在影响其寻北准确度的关键技术问题.同时给出了提高光纤陀螺寻北仪的准确度的可能因素.     

光纤陀螺温度误差模型研究

对由Shupe效应引起的误差进行了理论分析,光纤环径向温阶会产生光纤陀螺零偏漂移。设计和完成了测量环境温度对光纤温度的影响试验,环境温度变化率与Shupe效应误差存在线性关系。在此基础上,设计和完成了在测量环境温度变化时光纤陀螺输出的试验,分别使用环境温度变化率的一阶、二阶和三阶项对陀螺输出的变化趋势进行建模,对模型的有效性进行了验证。结果表明:一阶模型与二阶、三阶模型相比,模型更简单、稳定性更高,能够准确地反映由Shupe效应引起的误差值,补偿效果好,与理论分析结果相符。     

车辆寻北车长镜的设计与实现

 描述了一种车辆寻北车长镜的设计,采用2个光纤陀螺和2个加速度计,解决了惯性测量组件力学编排结构设计与寻北、瞄准线稳定共享陀螺信息的问题,设计系统控制流程和组合算法,在保障车长镜瞄准线稳定精度的同时,增加了车体方位平台非调平状态下任意位置的寻北功能,寻北方法是：车长镜方位固定四位置转动,每个位置点停止、延迟、数据采样、存储,四位置转动完毕后,对存储数据组合、滤波、解算,输出寻北结果。对方案设计、实现途径和解算推导方法作了详细论述,性能测试验证设计实现达到预期效果。     

对轴误差对光纤陀螺输出的影响

理论分析并试验研究了Y波导保偏尾纤与保偏光纤线圈之间熔接点的对轴误差对光纤陀螺输出的影响.根据简化的光纤陀螺光路误差模型,对光纤陀螺的输出相位误差与光路中主要耦合点的对轴误差的关系进行了理论推导和仿真分析,并利用一个实际的闭环光纤陀螺试验研究了主要熔接点的对轴误差变化对光纤陀螺零偏和零偏稳定性的影响.结果表明,Y波导保偏尾纤与保偏光纤线圈之间的对轴误差是引起光纤陀螺输出误差的重要因素,必须尽量减小.     

基于小波神经网络的光纤陀螺误差补偿方法

为了提高光纤陀螺的测量精度,提出了一种基于小波神经网络的误差补偿方法。首先使用小波分析中的Mallat分解算法提取出陀螺信号中的主趋势项,对其误差余项进行重构。然后将重构信号作为小波神经网络的目标输出,将原始陀螺信号作为训练样本。为了提高小波神经网络的训练速度同时防止其陷入局部极小值,采用增加动量因子和自适应调整学习速率的方法来改进训练方法。训练后建立的神经网络模型对光纤陀螺误差具有良好的估计能力。结果表明,经过小波神经网络方法补偿后,光纤陀螺的输出精度达到了0. 019 4°/s,光纤陀螺的测量性能得到了提高。     

光纤陀螺零偏误差特性及噪声分析方法研究

光纤陀螺为典型的光纤干涉仪,非互易误差主要是由各类寄生干涉引起,零偏误差具有明显的周期性特征。结合Allan方差分析方法,发现由寄生干涉引入的正弦噪声为其零偏误差的主要来源。通过加入正弦噪声进行仿真计算和分析,发现光纤陀螺Allan方差曲线中"速率斜坡和速率随机游走"部分实际是由正弦噪声引起。基于小波分析和傅里叶变换实现了陀螺中正弦噪声的辨识,并在此基础上,提出了结合小波分析法和Allan方差法计算零偏不稳定性、随机游走和量化噪声的方法,并进行了实际计算验证。     

高精度光纤陀螺零位误差的磁温特性研究

介绍了高精度光纤陀螺零位误差的形成原理,并就温度和磁场对高精度光纤陀螺零位误差的影响进行了详细的理论分析。仿真结果表明:由于温度引起的零偏峰值漂移为0.06°/h。最后,对交变温度场和径向静磁场交联作用下的情况建立了理论模型并进行了实验研究,实验结果表明:在径向磁场和不同温度作用下,光纤陀螺由于交联耦合效应产生的径向磁场灵敏度变化,即交联耦合度<1%,这和理论模型具有较高的一致性。     

谐振腔光纤陀螺相位调制复位误差影响的研究

对数字相位斜波调制中2π复位误差对谐振腔光纤陀螺（R-FOG）的影响进行了研究.结果表明,相位复位误差将会导致R-FOG输出光强信号的波动,光强波动周期等于相位斜波复位周期.反射输出光强的波动在相位斜波的前后半周期明显不同,前后半周期输出光强平均值的差异与复位误差的大小和方向相关.提出了一种相位调制复位误差的消除方法,利用前后半周期平均光强差作误差信号,反馈控制相位调制通道增益,可实现复位误差的消除.     

双光程光纤陀螺偏振误差模型与仿真

光路系统的偏振误差极大地制约着双光程光纤陀螺精度的提高。为了提高新型双光程光纤陀螺的精度,利用相干矩阵和琼斯矩阵对光路中光学器件和熔接点的光学参数进行描述,通过分析顺时针光波与逆时针光波中耦合次波列与主波列间的相干叠加机理,建立了相应的偏振误差模型。利用Matlab以接近于工程实际的参数设置,对光路系统中熔接点、各光学器件缺陷对偏振误差的影响进行了仿真分析,并在此基础上提出了一种可有效抑制双光程光纤陀螺偏振误差的尾纤匹配法。仿真结果表明,通过适当的尾纤长度匹配,双光程光纤陀螺的偏振误差由0.145°/h减小为0.017°/h,其随温度变化的峰谷值也由0.25°/h减小至3×10-4°/h,双光程光纤陀螺的偏振误差得到有效抑制。     

谐振型光纤陀螺克尔效应误差消除方法研究

对采用方波频率调制数字闭环谐振型光纤陀螺中克尔效应的影响进行了深入的理论分析,〖CM)〗〖JP〗 分析表明，由克尔效应引起的陀螺误差不仅与光纤环内两相反方向光束的光强差有关，而且还依赖于两路光波频率调制的调制幅度,通过适当调节两光束的频率调制幅度，可有效地实现克尔效应误差的消除,这种基于方波频率调制的克尔效应误差消除方法利用了方波调制的特点，通过调节调制幅度实现误差消除，无需额外光学元件，对强度调制器调制频率要求低，是数字谐振型光纤陀螺系统中消除克尔效应误差的有效方法,     

用单轴转台标定光纤陀螺捷联系统的方法

针对以六面体作为安装支架的三轴光纤陀螺捷联系统,提出了一种用单轴转台作为标定设备的低成本标定方法。六面体支架有3个面为未安装陀螺的平面,需用游标量角器量出这3个面的相互夹角,并根据这3个面建立机体坐标系,在该坐标系下给出了陀螺输出模型。标定时依次将六面体的3个平面贴于单轴转台的台面进行标定实验,推导了光纤陀螺标度因数和安装误差的求解公式。对标定的精度进行了分析,并与传统的方法对比做了实验验证,结果表明该方法可满足系统要求。     

基于PSO-SVR的光纤陀螺温度误差建模与实时补偿

根据在线补偿对于实时性和精度的要求,提出利用粒子群算法优化支持向量回归的方法建立光纤陀螺温度误差补偿模型,并采用多数据窗的温度变化率实时获取方法,满足在线补偿和模型输入的要求。将光纤陀螺置于温箱内进行-15～50℃变温试验,获得实测数据,将温度和温度变化率作为输入,分别进行最小二乘、径向基函数神经网络以及粒子群优化支持向量回归建模,对比结果表明,提出的模型取得了最佳的补偿效果。通过实时补偿对比试验,验证了提出的模型具有良好的实时补偿性能及对于非训练数据的泛化能力。     

消偏光纤陀螺的理论和实验研究

本文首次在理论上导出消偏型光纤陀螺的零漂和标度因子表达式,并得出以下两个结论:1)在使用约 40 dB偏振器时,导致陀螺漂移的主要因素是强度误差而并不是振幅误差;2)由光学标度因子与各种器件参量关系表明开环解调时陀螺的线性误差较大.试验样机证明了以上结果,并找出减小漂移的方法.     

光纤陀螺受辐照影响机理分析

构成光纤陀螺敏感器件的保偏光纤环在辐射环境中损耗会增加,陀螺的精度随之降低,从而限制了光纤陀螺在空间中的应用。采用60Co作为辐射源模拟空间辐射环境,对光纤陀螺及其光电器件进行了大量的试验,并对光纤陀螺及其光电器件受空间辐射影响的机理进行了研究,得出光纤陀螺光电器件中保偏光纤环受辐射影响最严重,从而重点分析了光纤陀螺敏感器件保偏光纤环的辐射影响机理,从原理上探讨了保偏光纤环在辐射条件下损耗的增加对光纤陀螺的影响,为光纤陀螺抗辐射加固技术提供了理论基础。     

集成光学光纤陀螺的噪声分析

集成光学光纤陀螺以其体积小、重量轻、以及高的调制频率与消光比引起了国际上的广泛重视。深入研究光纤陀螺的噪声特性,对于降低零漂是极为重要的。通过广泛调研,从光源、光纤环与集成光学芯片、电路、以及外界环境的角度,详细的论述了各噪声源产生的机理、特征和一些抑制噪声的办法。简要的提出了一种利用负反馈补偿零漂的方法