光纤陀螺仪零漂信号的Allan方差分析

介绍了光纤陀螺零漂实验的设备环境,硬件和软件的构成及数据采集过程。在测得光纤陀螺零漂信号的基础上,运用Allan方差理论对陀螺信号进行定量的分析,得到了光纤陀螺5个误差源系数的大小,并根据误差源的产生机理,找到了光纤陀螺硬件存在误差的部分,提出了光纤陀螺的改进方案。     

光纤陀螺消偏结构与偏振度关系的研究

利用在光源出端加单段保偏光纤和在消偏器后端加Loyt消偏器,可以使进入光纤线圈的光的偏振度降到10－3数量级,降低了因外界因素对线圈中光偏振态的影响而产生的光纤陀螺偏振误差.并用琼斯矩阵计算的方法,分析了光路中四个胶合角与偏振度的关系及每个角度的取值范围.最后探讨了工艺上胶合角度测量与实现.     

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SFS光源温度稳定性及驱动控制研究

随着光纤陀螺研究的不断进展,对陀螺光源的稳定性的要求也越来越高。SFS(超荧光光纤光源)正是应用于高精度陀螺要求的宽带光源,它的平均波长和功率的温度稳定性直接影响着光纤陀螺的性能。从SFS的特性分析对其驱动系统进行了设计,提出并实现了温度稳定性的控制方案。     

电光相位调制器谐波响应对光纤陀螺的影响

从电光相位调制器的谐波响应出发,对干涉型光纤陀螺信号零偏、零漂的产生来源进行了探讨.用干涉理论和正弦波调制解调分析从原理上指出调制器的振幅与相位两种谐波可产生陀螺信号的零偏和零漂.根据调制器典型数据所做的模拟与人为加入温漂时所得的试验结果相当吻合.从而证实调制器谐波响应是产生陀螺信号偏移和漂移的主要原因,为减小光纤陀螺零偏和零漂提供了一条新思路.     

光纤陀螺用掺铒超荧光光纤光源输出特性研究

介绍了掺铒超荧光光纤光源(SFS)的基本原理和SFS各种基本结构的特点。结合实际应用选择了单程后向(SPB) SFS作为光纤陀螺用光源。理论分析了影响单程后向掺铒超荧光光纤光源输出特性的各种因素。通过实验分析了铒纤长度对单程后向掺铒光纤光源泵浦效率和输出光谱的影响,特别是对中心波长稳定性的影响,对于单程后向结构掺铒光纤光源来说,铒纤长度有一个最佳值。演示了铒纤在选择最佳长度的情况下,泵浦功率对输出谱型的影响。通过实验分析了-40℃～60℃之间光源输出光谱和输出光功率的温度稳定性。最终得到了适用于惯导级光纤陀螺的光源。     

光纤弯曲对干涉式光纤陀螺性能的影响

为研究光纤弯曲对干涉式光纤陀螺性能的影响,选取常用的单模光纤、保偏光纤、光子晶体光纤及保偏光子晶体光纤为研究对象,建立了光纤弯曲与光纤陀螺性能的相关理论模型。以高精度光纤陀螺应用为背景,选取掺铒超荧光光纤光源,改变光纤弯曲半径,测出了经过光纤样品后的光功率、平均波长、光谱宽度的变化和平均波长波动,在此基础上分析了弯曲半径对光纤陀螺标度因数和随机游走系数的影响。理论分析和实验结果表明,采用光子晶体光纤时,光纤弯曲对光纤陀螺性能几乎没有影响,采用其他光纤时,需要严格控制光路中的光纤弯曲半径。     

偏振串扰对光纤陀螺零漂及随机游走影响的研究

针对保偏光纤陀螺静态参数受光路偏振串扰误差的影响而使陀螺精度受到制约的问题,从实际应用的角度,研究了保偏光纤陀螺光路中由于各光学器件不理想和熔接点对轴角度误差等因素引起偏振串扰误差的机制。基于琼斯矩阵和相干矩阵,并引入随温度变化的保偏光纤双折射变量,建立了变温环境下保偏光纤陀螺的光路传输模型,对变温环境下偏振串扰误差对保偏光纤陀螺零漂和随机游走的影响进行了理论分析和估算。同时开展了变温环境下光纤环偏振串扰对其静态参数影响的相关实验。实验结果与模型分析结果基本一致,表明该模型是合理的。     

光纤陀螺用光源全温度工作交越失真研究

为提高光纤陀螺准确度、实现工程化应用,分析了SLD光源内部的热结构,建立了全数字光源控制系统.测试结果表明：在变温环境下（－15℃～55℃）,抑制了光源的“交越失真”现象,实现了光源平均波长波动0.014％,光功率波动0.4％的控制准确度.采用抑制交越失真控制的光源的FOG在全温度范围内的零偏稳定性从2.14°/h提高到0.21°/h.     

四频激光陀螺高低温过程中零漂振荡的分析

四频激光陀螺在高低温实验中的零漂变化非常复杂,温度单方向变化时零漂会呈振荡形式,这是四频激光陀螺温度效应中一个难以解释和解决的难题。在常温下改变四频激光陀螺的放电电流来模拟变温过程中光强的变化,发现零漂随光强的变化也呈现出振荡形式。从而得知,导致四频激光陀螺变温过程中零漂振荡的一个主要因素是温度单方向变化导致光强的变化,而光强的变化导致零漂的改变。如果四频激光陀螺的光强能够在高低温实验中保持不变,则零漂在高低温变化中的剧烈振荡会得到有效的抑制。通过光强稳定控制下的高低温实验,证明以上结论是正确的。     

干涉式光纤陀螺光路偏振特性的理论分析

首次采用琼斯矩阵建立了消偏型干涉式光纤陀螺完整光路传输系统的数学模型。在此基础上进行了光路偏振特性的理论分析,讨论了各器件的性能对陀螺偏振噪声的影响,分析了光纤消偏器的消偏作用。通过分析计算,得到了消偏型干涉式光纤陀螺的最大偏振误差表达式。在不同精度级别的消偏型光纤陀螺中,计算出了光纤消偏器应该达到的精度要求,为今后减小零漂打下了理论基础。     

干涉式光纤陀螺中的Rayleigh散射研究

从光的干涉原理出发分析了Rayleigh背向散射对干涉式光纤陀螺性能的影响,得出了散射光强与光纤位置之间的关系式,绘制了散射光强与光纤中位置之间的关系曲线,得到了距离光纤的两个端点越远Rayleigh背向散射对光纤陀螺的性能影响越小的结论。研究结果对分析光纤陀螺的光路误差有一定的参考价值。     

Influence of Er-doped superfluorescent fiber source's spectrum-stability on the SNR of fiber optic gyroscopes

The output spectrum-stability of Er-doped superfluorescent fiber source (SFS) was measured by changing the temperature around the excited Er-doped fiber (EDF). With the experiment results, the influences of the SFS's spectrum-stability on the signal-to-noise ratio (SNR) of fiber optic gyroscope (FOG) were simulated. The simulated results demonstrate that the SNR of FOG will change no matter the power, mean wavelength or the spectral bandwidth of the light output from the Er-doped SFS is changing. The results show that the changing of SNR caused by the output power's variation is three orders of magnitude larger than that caused by the variation of mean wavelength or bandwidth. And the main factor influencing the stability of FOG's SNR is the temperature-stability of the output power of Er-doped SFS.     

光纤偏振模色散对信号偏振度的影响

采用一种简化的线路传输模型，详细讨论了在高速光纤通信系统中，线路偏振模色散（PMD ），尤其是二阶PMD、输入信号偏振态等对信号偏振度（DOP）的影响，并指出以信号DOP做 反馈控制信号适合于一阶PMD优化补偿系统，但在较大二阶PMD的影响下，将增加控制算法的 复杂性，使系统可能陷入局部最优解. 关键词： 信号偏振度 偏振模色散 信号偏振态     

Bias error caused by broad-spectrum source and birefringence effect in fiber optical gyroscope

To analyze the bias error in the optical path of closed-loop polarization-maintaining (PM) fiber optical gyroscope (FOG), the interference signal term carrying only Sagnac phase shift in phase is divided into two types: one generated by interference between main wave-trains in the clock-wise (CW) direction and counter clock-wise (CCW) direction, and the other one generated by interference between secondary wave-trains in the CW and CCW direction. The residual term is discovered in the second kind, which is caused by synthetic effect of broad-spectrum source and birefringence effect in a FOG with the existence of crossovers. The main influencing factors and the effect on FOG performance of the bias error generated by the residual term is analyzed, and its suppression measures are promoted. Simulation result demonstrates that the bias error can be suppressed from about 0.02°/h to less than 2×10⁻⁴°/h at room temperature and its peak to peak value of variation with temperature can be suppressed to less than 4×10⁻⁴°/h, through matching birefringent fiber length and increasing the delay between modes of light source, which is small enough to meet the requirement of FOG with high performance.     

光纤陀螺随机游走分析方法研究

 光纤陀螺测试中,随机游走系数的分析对陀螺整体性能的评价起着很重要的作用。分别介绍了分析光纤陀螺随机游走噪声的两种方法：Allan方差法和改进的Allan方差法。分别应用这两种方法,在对某型光纤陀螺(FOG)实测静态数据计算的基础上进一步分析了该光纤陀螺中的噪声分量,并对分析结果进行比较。最终计算结果表明：在增加计算时间为代价的前提下,改进Allan方差法能方便地区别出各种噪声,并明显提高了光纤陀螺各随机噪声游走系数的计算精度。     

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。     

Effect of radiation-induced mean wavelength shift in optical fibers on the scale factor of interferometric fiber optic gyroscope at a wavelength of 1300 nm

In order to analyze the effect of wavelength-dependent radiation-induced attenuation (RIA) on the mean transmission wavelength in optical fiber and the scale factor of interferometric fiber optic gyroscopes (IFOGs), three types of polarization-maintaining (PM) fibers is tested by using a ⁶⁰Co γ -radiation source. The observed different mean wavelength shift (MWS) behaviors for different fibers are interpreted by color-center theory involving dose rate-dependent absorption bands in ultraviolet and visible range and total dose-dependent near infrared absorption bands. To evaluate the mean wavelength variation in fiber coil and the induced scale factor change for space-borne IFOG under low radiation dose in space environment, the influence of dose rate on the mean wavelength is investigated by testing four germanium (Ge) doped fibers and two germanium-phosphorus (Ge-P) codoped fibers irradiated at different dose rates. Experimental results indicate that the Ge-doped fibers show the least mean wavelength shift during irradiation and their mean wavelength of optical signal transmitting in fibers will shift to shorter wavelength in low-dose-rate radiation environment. Finally, the change in the scale factor of IFOG resulting from the mean wavelength shift is estimated and tested, and it is found that the significant radiation-induced scale factor variation must be considered during the design of space-borne IFOG.     

谐振型光纤陀螺方波频率调制方法

分析了谐振型光纤陀螺(R FOG)方波频率调制方法的工作原理和调制性能,得到了采用方波频率调制时R_FOG的极限灵敏度,并对方波频率调制和正弦频率调制两类调制方法的特性进行了比较。结果表明,方波调制方法的极限灵敏度优于正弦频率调制方法的极限灵敏度,其输出信号为方波强度调制信号,易于与I_FOG中类似的数字解调方法相结合,是实现全数字处理R_FOG的较理想的调制方案。