高精度光纤陀螺光纤环振动特性研究

论文摘要

光纤陀螺是光纤传感领域的重要技术,与经典力学机械陀螺和激光陀螺相比,光纤陀螺以其特有的优点成为惯性技术领域的主流仪表之一,大有取代机械陀螺和激光陀螺的趋势。光纤陀螺的实用化进程中,发现环境的振动、冲击等,会使其输出信号噪声的增大并引起陀螺漂移。因此必须对光纤陀螺的振动特性进行研究,以抑制光纤陀螺的振动误差,提高其环境适应能力。课题以“光纤陀螺航姿系统”项目为依托,从振动对光纤陀螺光路部分的影响出发,研究光纤陀螺振动误差的产生机理,并提出了抑制光纤陀螺振动误差的技术方案。主要工作如下：1、深入分析光纤陀螺的基本原理。在对光路互易性进行详细论述的基础上,讨论光纤的选择和光纤环的绕制方法；分析光纤陀螺干涉信号的表现形式,对较为常用的调制解调方案进行研究比较,将本文所采用的四状态调制解调方案作为研究重点,进行详细的研究分析,并对其抑制Y波导半波电压漂移的原理进行深入的研究和详细的推导。2、在对干涉式数字闭环光纤陀螺基本原理详细论述的基础上,针对光纤陀螺的振动灵敏度,深入研究弹光效应的产生机理和由振动引起的光纤折射率的变化,以及其对光纤陀螺的影响,深入的研究和推导光纤陀螺振动误差在干涉信号中的表现形式,并建立振动与误差信号之间的数学模型,寻求抑制振动误差的解决方案。3、对光纤陀螺光路的互易性进行深入研究。对光纤环的四极对称缠绕方案进行研究,分析该方案在提高光路互易性方面的不足之处,并寻找完善光路互易性的方法。通过研究和分析光纤陀螺的结构封装、尾纤处理和固胶对光纤陀螺的影响,进而提出改善措施。4、在上述基础上,根据相关标准,设计振动测试实验,对改进前后的光纤陀螺样机分别进行振动测试,并对测试数据进行分析,以检验改进后光纤陀螺的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 光纤陀螺的分类及其研究进展
• 1.1.1 光纤陀螺的分类
• 1.1.2 光纤陀螺研究进展
• 1.2 国内外光纤陀螺振动特性研究现状
• 1.2.1 国外光纤陀螺振动特性研究
• 1.2.2 国内光纤陀螺振动特性研究
• 1.3 本课题研究意义及内容
• 第2章 干涉式数字闭环光纤陀螺基本原理
• 2.1 光纤陀螺的基本原理
• 2.2 光路的互异性
• 2.2.1 光纤的选择
• 2.2.2 光纤环的绕制
• 2.3 光纤陀螺的调制解调原理
• 2.3.1 I-FOG的干涉信号形式
• 2.3.2 I-FOG的调制检测方案
• 2.3.3 I-FOG数字闭环光纤陀螺四状态调制解调原理
• 2.4 本章小结
• 第3章 振动对光纤陀螺的影响
• 3.1 光纤中的弹光效应
• 3.1.1 弹光效应
• 3.1.2 光纤中光传输的相位变化
• 3.2 振动引起的非互易相移
• 3.2.1 振动情况下光纤的受力分析
• 3.2.2 振动引起的光纤折射率变化
• 3.2.3 振动引起的非互易相移
• 3.3 振动对光纤陀螺的影响
• 3.3.1 振动对与振动方向平行轴光纤环的影响分析
• 3.3.2 振动对与振动方向垂直轴光纤环的影响分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 振动误差抑制技术研究
• 4.1 抑制振动误差的信号处理方法
• 4.1.1 振动误差在光纤陀螺信号中的表现形式
• 4.1.2 抑制振动误差的信号处理方法
• 4.1.3 算法的实现
• 4.2 四极对称绕法中光纤环直径对误差的影响
• 4.2.1 四极对称绕法对振动误差的抑制原理
• 4.2.2 光纤环直径对振动误差的影响
• 4.3 光纤环安装
• 4.3.1 光纤长度中点对振动误差的影响
• 4.3.2 光纤长度中点处于不同位置时的振动误差
• 4.4 结构封装、尾纤处理和固胶
• 4.5 本章小结
• 第5章 振动误差测试与分析
• 5.1 振动方式及实验方法
• 5.2 改进解调方式前后振动误差测试
• 5.3 ALLAN方差分析
• 5.3.1 光纤陀螺中的噪声
• 5.3.2 Allan方差的基本原理
• 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