光纤陀螺温度漂移补偿及光纤环测试方法研究

论文摘要

光纤陀螺仪具有独特的优势,应用越来越广泛。对于实用化的光纤陀螺,一般要求其具有较宽的工作温度范围,然而,光纤陀螺对环境温度的变化却很敏感。从实测的温度曲线上看,环境温度发生变化时,陀螺的零位漂移明显加剧。本文主要对光纤陀螺的温度漂移误差进行建模和温度漂移补偿技术的工程应用展开了深入的理论和实验研究,从理论上分析了光纤陀螺重要器件光纤环的特性并做了测试试验。本文首先阐述了课题的来源、目的和研究的意义,分析了国内外光纤陀螺研究概况和发展动态,从理论上分析了光纤陀螺各组成器件受温度影响的机理。其次,研究了光纤环影响光纤陀螺系统的主要误差,分析了四极性缠绕法中点不对称带来的热致非互易相移,初步设计并搭建了测试光路,对光纤环进行了测试,通过试验验证测试方法的可行性。再次,通过试验现象研究了本实验室自制的光纤陀螺的启动状态漂移和光纤陀螺受温度影响的三个方面,针对本试验室自制的陀螺做了大量试验,通过理论分析建立了线性回归温度模型,对实验数据进行处理,拟合了模型参数,验证模型的可行性及有效性。最后,通过理论分析建立了基于RBF神经网路的陀螺温度模型,采用了小波分析提取陀螺漂移的趋势项作为建模数据,在大量实验的基础上,通过试验数据训练了模型网络,确定了网络隐层节点数及各阈值,并用学习好的网络对陀螺温度漂移进行补偿,验证了模型的正确性,有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 光纤陀螺概述及研究背景
• 1.2 光纤陀螺国内外发展概况
• 1.2.1 国外的研究现状
• 1.2.2 国内的研究现状
• 1.3 光纤陀螺的分类
• 1.4 光纤陀螺惯导系统的工程应用前景
• 1.5 课题研究的意义及主要研究内容
• 第2章 光纤陀螺仪的基本原理及温度噪声的分析
• 2.1 萨格奈克（Sagnac）效应
• 2.2 光纤陀螺的噪声、漂移、标度因数及带宽
• 2.3 温度对干涉式光纤陀螺性能的主要影响因素
• 2.4 光纤陀螺各组成器件的温度影响分析
• 2.4.1 光纤的特性
• 2.4.2 光源的影响
• 2.4.3 光纤耦合器及Y波导的影响
• 2.4.4 光纤环的影响
• 2.5 光纤陀螺温度漂移的抑制方法
• 2.6 本章小结
• 第3章 光纤环性能分析与测试方法研究
• 3.1 影响光纤环性能的主要因素
• 3.1.1 温度梯度对光纤环的影响
• 3.1.2 应力对光纤环的影响
• 3.1.3 电磁干扰对光纤环的影响
• 3.1.4 影响光纤环性能各因素的解决途径
• 3.2 四极性绕法中的热致非互易相移分析
• 3.2.1 光纤环四极性绕法非理想性引起的热致相位误差
• 3.3 光纤环测试方法研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于线性回归模型陀螺温度漂移的研究
• 4.1 光纤陀螺启动状态温度影响的研究
• 4.1.1 试验方案设计
• 4.1.2 实验数据分析
• 4.2 温度对光纤陀螺影响的三个方面
• 4.2.1 温度对陀螺的影响
• 4.2.2 温度变化率对陀螺输出的影响
• 4.2.3 温度梯度对陀螺的输出的影响
• 4.3 光纤陀螺温度漂移线性回归模型的建立与研究
• 4.3.1 光纤陀螺温度漂移的建模
• 4.3.2 光纤陀螺温度漂移数据采集试验设计
• 4.3.3 线性回归模型的确立及试验结果
• 4.3.4 试验误差分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于RBF神经网络温度误差模型研究
• 5.1 RBF神经网络基本原理
• 5.1.1 网络输出计算
• 5.1.2 网络的学习算法
• 5.2 基于小波分析的陀螺漂移趋势项提取
• 5.2.1 信号的多尺度小波分析
• 5.2.2 基于小波分析的信号特征提取算法
• 5.3 RBF 网络温度补偿的原理、实验过程和试验结果
• 5.3.1 温度补偿基本原理
• 5.3.2 温度试验设计与试验数据处理
• 5.3.3 神经网络建模与补偿
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢