模拟环路实现谐振式光纤陀螺的频率锁定

在分析R-FOG工作原理的基础上,采用T型反馈网络作为运放的反馈回路,构建了PI控制器,以减小运放误差对PI输出的影响,将其应用到R-FOG闭环环路中,控制激光器的输出光波频率,实现了R-FOG谐振频率的长时间(4000s)的锁定,锁定稳定度优于9×10-12,10s积分时间输出下的频率锁定精度为0.24°/s。     

谐振式光纤陀螺频率跟踪失锁控制研究

针对目前谐振式光纤陀螺中存在的跟踪失锁问题开展研究,分析了频率跟踪失锁原因及机理,研究表明频率跟踪同步过程中的电流变化以及背向散射、偏振耦合等非互易性噪声引起的谐振峰对称性改变是导致尖峰脉冲和零偏变化的主要原因;随后,提出了基于半导体激光器温度闭环反馈的失锁控制方案,通过温度闭环实现激光器中心频率对光纤谐振腔单个谐振频率的长期跟踪同步,消除频率跟踪失锁引入的陀螺输出误差;对失锁控制总体技术方案、信号处理流程及实现方法进行了详细叙述;最后,成功搭建陀螺原理样机,对采用频率跟踪失锁方案前后的陀螺静态性能进行实验测试,测试表明频率跟踪失锁控制方案将陀螺输出脉冲幅值突变量从3000(°)/h降低到200(°)/h,陀螺输出零偏变化从600(°)/h降低到0,完全消除了频率二次锁定过程中的零位变化,陀螺精度大幅降低到4.9(°)/h(100 s平滑积分时间)。     

谐振式光纤陀螺数字闭环系统锁频技术

谐振式光纤陀螺(R-FOG)是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速率的一种新型光学传感器。利用数字调制、解调技术实现陀螺系统的闭环锁定,可以克服模拟电路的热漂移,使系统更加简单灵活。以谐振频率偏差作为研究对象,提出了基于一阶惯性环节的最简闭环锁定分析模型。利用该简化模型,对数字闭环系统中的频率反馈跟踪技术进行了研究,得到了在一定积分时间常数下环路的最佳增益系数,实现了环路的快速、稳定锁定,并在实验中得到进一步的验证。     

谐振式光纤陀螺调相检测分析

谐振式光纤陀螺（R—FOG）是新一代惯性旋转传感器的代表。在陀螺系统中，信号检测系统占有非常重要的地位，其检测精度的大小直接影响陀螺的分辨率，而解调曲线的优化能够进一步提高检测系统的灵敏度。利用贝塞尔函数展开和光波场叠加的方法分析了谐振式光纤陀螺调相检测系统解调输出信号与谐振频率偏差之间的关系，系统采用的是带有铌酸锂相位调制器的相位谱检测技术。根据解调输出信号的解析表达式，通过数值计算，分析了解调曲线的变化规律，得到了施加在铌酸锂相位调制器上调制波形的最佳调制系数和相应的最佳调制频率范围，并进一步用实验系统验证了上述分析结果。     

谐振式光纤陀螺闭环锁频系统

谐振式光纤陀螺(R-FOG)是基于Sagnac 效应产生的谐振频率差来检测旋转角速率的一种新型光学传感器。利用闭环锁频系统可以减小光纤环形谐振腔受温度、应力等外界环境变化的影响,提高陀螺性能。提出了数字与模拟相结合的闭环锁频系统方案设计,克服了模拟锁频电路带来的电路温漂,采用模拟解调技术来降低了对系统A/D 转换器的转换速度的要求,同时无需对复杂数字解调算法的研究。闭环锁频系统应用于陀螺测试系统中,实验测得10 s时间内的锁频精度为2.15 ()/s。     

数字调制的谐振式光纤陀螺

谐振式光纤陀螺是利用正反方向传播光波的谐振频差来检测旋转角速率的惯性传感器。由于模拟调制的方法无法达到较高的系统性能,提出了一种数字调制方法,此方法采用两种频率组合的阶梯波作为LiNbO3调制器的控制信号,对其进行数字调制。通过理论的研究和仿真,证明此种方法是切实可行的。     

谐振式微光学陀螺频率跟踪与锁定技术研究

谐振式微光学陀螺(RMOG)是利用光学Sagnac效应和微电子机械系统(MEMS)加工工艺实现的一种新型角速度惯性传感器。为了减小光学器件受温度、应力等外界环境变化的影响,提高陀螺性能,快速精确的频率跟踪与锁定技术是非常必要的。提出了两种应用于RMOG的频率跟踪与锁定方法:单路光路(单路模式)和两相向传输光路(双路共模模式);分析比较了两种方案应用于RMOG中所得到的陀螺性能。单路模式由于受光路非互易性噪声的影响较小,锁频精度高;双路共模模式频率跟踪速度快,动态响应性能好。对RMOG的测试表明,对应于单路模式和双路共模模式,分别可以得到0.07°/s的频率锁定精度和0.09 ms.[(°)/s]-1的频率跟踪速度。     

谐振式光纤陀螺开环响应测试

谐振式光纤陀螺是基于光学Sagnac效应来测量载体旋转角速度的一种新型传感器.利用调相谱检测技术,建立了谐振式陀螺的开环响应测试系统.利用自行研制的锁相放大器和反馈控制电路,得到了线性度很好的解调曲线.从解调曲线的线性工作区可进一步得到系统的动态范围高达+4.2～-4.2rad/s.通过对顺时针和逆时针光路采用不同的频率调制,成功地观察到对应两个不同旋转方向的陀螺开环响应输出信号.最后,对系统的零漂进行了测试,在5s时间内观察到系统的零漂为0.02rad/s.     

谐振式光纤陀螺的系统分析

采用矩阵法从理论上推导了偏振误差所引起的陀螺零漂,利用计算机仿真进行了理论验证;其次针对谐振式光纤陀螺系统光源的选择进行分析,并通过实验验证光源线宽对光纤环谐振曲线的影响;最后,分析了光纤陀螺的检测方案以及光纤陀螺的发展趋势.从噪声因素、器件选择以及信号检测几方面对谐振式光纤陀螺系统进行分析,为谐振式光纤陀螺系统的构建提供了理论及实验基础.     

谐振式空心光子带隙光纤陀螺中的光克尔效应

谐振式光纤陀螺(PROG)采用空心光子带隙(HCPBG)光纤后,光克尔效应引入的系统漂移将会与普通单模光纤(SMF)谐振式陀螺系统中的有所不同。为了研究谐振式空心光子带隙光纤陀螺中光克尔效应的变化情况,采用光场叠加的方法,从理论上分析谐振式空心光子带隙光纤陀螺中的光克尔效应,同时针对光克尔效应引入的系统漂移进行了数值仿真,并且与普通单模光纤谐振腔陀螺中的光克尔效应进行对比。理论计算表明,采用空心光子带隙光纤的谐振式光纤陀螺比采用普通单模光纤谐振式陀螺的光克尔效应有明显的降低,在光源线宽不变时,不同光纤环长度对应的光克尔效应引起的旋转角速度漂移前者比后者降低了1~2个数量级。     

谐振式光纤陀螺的研究进展

谐振式光纤陀螺作为新一代惯性旋转传感器的代表，被广泛研究．文章通过大量的文献调查和深入研究，对谐振式光纤陀螺的发展历史、基本工作原理、主要噪声因素及相应的补偿措施等进行了详细分析，并对谐振式光纤陀螺未来的发展趋势作了展望．     

集成光学调制器在光纤陀螺中的调制特性研究

对高精度光纤陀螺(零漂>0.01(°)/h)中的核心光学器件——铌酸锂集成光学调制器在光纤陀螺中的调制特性及系统测试方法进行了探讨,对其应用及与光路其他各部分配合的技术进行了理论分析和实验研究。与此同时,对该器件在光纤陀螺系统中的特性研究建立了通用的测试系统。文中提出了集成光学调制器与系统匹配的问题。研究结果表明:铌酸锂集成光学调制器的光、电特性以及其电特性与系统的匹配对陀螺的性能发挥着至关重要的作用。     

Bias of a resonator fiber optic gyro composed of apolarization-maintaining fiber ring resonator with the photoinducedbirefringent grating

A theoretical study of the polarization-fluctuation induced bias of an resonator fiber optic gyro (R-FOG), which employs a polarization-maintaining fiber ring resonator with a photoinduced birefringent grating, is presented. The polarization conversion due to the photoinduced birefringent grating can stabilize the resonator output, which result in the reduction of the bias in the R-FOG output. The influences of the parameters, such as the fluctuation of the input polarization, the resonator finesse, and the photoinduced index change of the dielectric tensor, on the bias in the gyro-output have been investigated. Our results show that with the help of a photoinduced birefringent grating the bias in the gyro-output can be limited around 10^-7 rad/s (0.02 deg/hr), a typical specification for the aircraft-navigation     

谐振式光纤陀螺双光路调相谱最优参数确定方法

调相谱检测技术是谐振式光纤陀螺(R-FOG)角速率信号提取的关键技术,通过选取合适的调制参数,可大大提升陀螺的综合性能。利用相位调制频谱展开式,依据调相谱载波分量和调制信号的幅度关系,提出了双光路调相谱最优参数的确定方法,该方法在保证陀螺最佳灵敏度工作点的同时,有效地抑制了背向散射噪声的影响;在正弦波调相谱下,采用自外差法实测了相位调制器的半波电压,得到了调相谱载波分量与调制电压幅度的关系曲线,与理论分析相符;以长度为12 m 的保偏光纤熔接环为敏感谐振腔,直径为0.15 m,耦合系数为50%,进行了不同角速率的转动测试,得到了动态范围为480 ()/s、非线性度为3%的转动结果。     

谐振式光波导陀螺激光双重锁频技术

基于Sagnac效应的谐振式光波导陀螺具有理论精度高及易集成化等特点是导航及制导系统中重要的发展方向。由于波导腔的小型化发展趋势,现阶段光波导腔自由谱宽通常达到GHz以上,并且谐振腔的谐振频率会随温度变化而漂移,因此对激光器调谐范围提出较高的要求。当激光器调谐范围小于谐振腔的自由谱宽时,谐振频率漂移出激光器的调谐范围而导致陀螺失锁;而增大调谐系数时,会造成激光器控制精度的下降,这在陀螺应用中是互相矛盾的。本文提出了一种应用于集成化光波导陀螺样机的半导体激光器双重锁频的方法,解决了光波导谐振腔的失锁问题,并且在保证温度变化不失锁的前提下通过提升激光器控制精度,将锁频精度从7.22°/h提高到2.86°/h,完成了尺寸为Φ18cm×20cm的谐振式光波导陀螺的集成化,其1h长期零偏稳定性为0.0073°/s。     

谐振式光学陀螺中的偏振波动及其影响

谐振式光学陀螺（ROG）是基于光学Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速率的一种新型光学传感器。根据矩阵法,得到ROG中偏振波动引起的系统零漂的解析表达式。利用该解析表达式,估算达到谐振式集成微光学陀螺系统中等精度要求所需的偏振匹配参数。通过实验,验证偏振控制器对抑制偏振噪声的效果。     

CORDIC algorithm based digital detection technique applied in resonator fiber optic gyroscope

A digital detection technique based on the coordinate rotation digital computer (CORDIC) algorithm is proposed for a resonator fiber optic gyroscope (R-FOG). It makes the generation of modulation signal, synchronous demodulation and signal processing in R-FOG to be realized in a single field programmable gate array (FPGA). The frequency synthesis and synchronous detection techniques based on the CORDIC algorithm have been analyzed and designed firstly. The experimental results indicate that the precision of the detection circuit satisfies the requirements for the closed-loop feedback in R-FOG system. The frequency of the laser is locked to the resonance frequency of the fiber ring resonator stably and the open-loop gyro output signal is observed successfully. The dynamic range and the bias drift of the R-FOG are ±1.91 rad/s and 0.005 rad/s over 10 s, respectively.