光纤陀螺随机漂移测试与建模

文中介绍了光纤陀螺(FOG)随机漂移的测试方法和实验设备,探讨了一种利用AIC准则和长自回归法建立随机漂移ARMA模型的新途径.利用实验平台对光纤陀螺输出信号进行了采集,对原始数据进行了平稳化处理,然后进行了光纤陀螺随机漂移ARMA建模实验,并通过白噪声检验验证了用新方法建立的ARMA模型具有很好的适用性.     

小波分析法在光纤陀螺随机误差补偿中的应用

光纤陀螺随机漂移是惯性导航系统产生误差的重要因素。尽量降低陀螺仪的漂移率是进一步提高惯性导航系统精度的重要途径,也是保证光纤陀螺静态误差补偿精度的前提。从抑制光纤陀螺随机噪声的角度出发,利用小波分析法对光纤陀螺的静态输出进行滤波处理,通过对比滤波前后陀螺的输出曲线、标准差以及各项随机误差系数,能够看出:该方法有效地补偿了光纤陀螺的随机误差。     

光纤陀螺随机误差特性ThêoH辨识

随机误差特性分析是光纤陀螺进入工程应用阶段的关键技术.针对Allan方差、总方差、Thêo1 (Theoretical variance #1)等分析方法的不足,以Thêo1为基础,通过偏差消除获得ThêoBR(Bias-removed ver?sion of Thêo1),并将其与Allan方差合成,得到光纤陀螺随机误差特性分析的ThêoH(Hybrid-ThêoBR)法.通过计算重叠Allan方差、总方差、Thêo1以及ThêoH的等效自由度,结合仿真和实测信号的随机误差特性分析实验,证明ThêoH法不仅提高了Allan方差估计的置信度,且解决了Thêo1估计有偏的问题,表明了该方法是目前能够有效辨识光纤陀螺随机误差特性的最佳方法.     

一种光纤陀螺随机漂移的非平稳时序建模法

为减小光纤陀螺的随机漂移,针对其弱非平稳的特点,采用时间序列分析法建立其模型.提出一种全局最优的模型阶次搜索算法,把二维搜索化为一维搜索,得到了模型阶次的一致性估计.提出了一种改进的参数估计算法,它将非线性参数估计过程转化为线性过程,使用正置与逆置漂移时序共同估计参数,以前向和后向模型的滤波误差平方和最小为参数估计的指标,在(p+1)维空间中求极小值.对实测漂移进行了趋势项、周期项、自相关和偏自相关等分析,采用3种方式分别建立其非平稳模型,验证了上述算法的有效性.建模结果同时表明:直接辨识漂移模型的方式优于工程中常用的将非平稳漂移中的确定性模型和平稳随机模型分别辨识的方式.     

基于Allan方差的MEMS陀螺随机误差建模

针对由于MEMS陀螺随机误差较大而影响MEMS惯性测量系统测量精度的问题,提出一种利用Allan方差分析随机误差并建模的方法。在分析Allan方差原理的基础上,通过Allan方差分析法分离和辨识了MEMS陀螺仪的各项随机误差以及误差系数,并利用随机误差系数进行了数学建模。通过与ARMA模型比较,表明利用Allan方差建立的模型更加精确。该方法为MEMS惯性导航系统中姿态测量的误差补偿和滤波提供了新的思路,对提高MEMS惯性测量系统的测量精度具有一定的实际应用价值。     

取代机电陀螺的光纤速度陀螺

在新的设计领域和业已存在的应用当中,光纤陀螺正开始取代机电陀螺,由于具有较高的可靠性、对“g”不敏感以及良好的抗冲击和震动等特性,在运动物体和军事技术应用中光纤陀螺将甚为理想。和激光陀螺一样基于SAGNAC效应的光纤陀螺（FOG）自首次报道至今已有20年了,光纤陀螺有闭环和开环两种结构。但由于前者成本高,当前只有开环结构的光纤陀螺用来取代机电速率陀螺,基于全光纤概念,用缠绕于椭圆柱体的光纤环、耦合器和偏振器,我们已成功地开发了一系列低成本的光纤陀螺。     

MEMS陀螺随机误差模型研究

对MEMS陀螺随机误差进行了实验测试及研究,选取状态方程模型,基于近年来发展起来的随机系统子空间辨识方法,对MEMS陀螺随机误差进行建模,结果与Allan方差方法分析的噪声特性相符合,经与ARMA等模型比较,在同等性能下,所建模型具有阶次低的优点,更加适合于实时在线优化估计器.所提方法可以不加修改直接应用于对多轴陀螺的处理.     

国内外光纤陀螺的最新进展

本文介绍了光纤陀螺（FOG）的基本原理。以及国内外光纤陀螺的最新发展情况。并对目前普遍采用的几种光纤陀螺的技术方案进行了分析。同时对光纤陀螺的未来发展状况进行了展望。     

微机械陀螺零偏稳定性建模与滤波研究

首先介绍了时间序列ARMA模型及其建模方法,并利用该方法基于振动环式微机械陀螺的实测数据建立了振动环式微机械陀螺随机漂移的ARMA模型。在此模型基础上,设计了Kalman滤波器。仿真结果表明此方法能够有效抑制微机械陀螺的零点随机漂移。     

基于ARMA建模的MEMS陀螺随机误差补偿改进算法研究

基于MEMS技术生产的MEMS器件,具有体积小、重量轻、成本低、耐冲击性、高可靠性等特点,它被广泛应用于动态水平测量装置当中。但是由于外界环境的干扰,MEMS器件的测量精度一直难以达到实际应用水平。分析了在动态水平测量当中影响MEMS器件测量精度的各种因素之后,提出了一种基于ARMA模型的针对MEMS陀螺器件随机误差补偿的改进型算法。以某型号的陀螺的随机误差为研究对象进行实验验证,结果表明,MEMS陀螺的测量精度在滤波之后有了明显的提高。经过改进后的卡尔曼滤波器和引入自适应渐消因子的卡尔曼滤波器,在静态环境下,它们的误差标准差分别降为原始误差的3.75%和4.8%,动态环境下的滤波精度也得到有效提高。证明该方法是可行的和有效的,具有较大的工程实践意义。     

多小波在光纤陀螺信号滤波中的应用研究

分析了光纤陀螺(FOG)信号噪声产生的原因,根据FOG信号零点漂移的不稳定性和随机性,在多小波多分辨率分析的基础上将多小波变换应用到FOG信号滤波处理中,并与标量小波多尺度分析进行了对比;理论分析和实验表明:多小波和标量小波都能在一定程度上抑制噪声对初始对准精度的影响,但多小波的滤波效果优于标量小波.     

光纤陀螺误差的实时建模与补偿

通过对干涉型光纤陀螺误差来源及其影响因素的分析,建立了与温度变化量及温度变化速率相关的角速率误差概率密度函数,并提出一种针对慢时变与弱非线性随机过程的分段等概率误差补偿方法.该方法采用非线性手段,对一系列具有统计平稳性的随机过程进行参数估计与预测,能够实现模型动态跟踪,近似程度较高,且充分发挥了并行计算的优势,可避免由补偿过程所造成的输出时间滞后.几种典型工作状况下的实际补偿结果表明其能有效地减小角速率及航向角误差.     

光纤布拉格光栅温度传感实验特性研究

介绍了光纤布拉格光栅传感器测温原理,并通过实验对裸光纤光栅的温度特性进行了研究.实验采用恒温水浴装置,在室温至80℃温度范围内分别使用了中心波长位于1 550 nm附近的两只光纤布拉格光栅进行测量.实验结果表明,光纤光栅在所测温度范围内呈现较好的线性特性,与理论结果一致.此外,还研究了光纤光栅在实际应用中的问题.     

谐振式光纤陀螺全数字闭环方案

谐振式光纤陀螺是一种新型的惯性传感仪器,与传统机械陀螺和其他光学陀螺相比具有很多理论上的优势.数字信号处理电路的谐振式光纤陀螺全数字闭环是采用双频率数字锯齿波相位调制技术对光路进行了相应的调制和解调.对光信号中夹杂的大量白噪声以及数字信号处理中由于有限位数的A/D引入的量化噪声进行综合考虑,提出了用比信号带宽高很多的采样率对含有噪声的信号进行过采样,加上后续的数字信号处理,低位数A/D和高位数A/D的检测效果几乎一样.数字调制的精度影响了系统的精度,使用平均法用低位的D/A可以实现很大的调制动态范围.经过基于文中设计的数字系统的实验,得到了和理论仿真类似的解调曲线,证明了文中提出的数字闭环方案的可行性.     

用于光电集成收发模块的SOI波导耦合器设计

基于光纤陀螺的小型化和工程化设计要求,提出模块化设计概念。设计了一种Y型SOI波导耦合器,用于光纤陀螺光收发模块。此结构具有形式简单、谱宽、加工工艺成熟和易于实现光电集成等技术优势。理论上分析了波导结构参数对其特征参数(分光比、损耗)的影响,优化参数设计,通过模场匹配理论减小器件损耗。最后,对波导耦合器加工工艺进行了讨论,采用电子束光刻技术加工出波导掩膜版,并对加工工艺参数进行了优化。实验结果表明:所设计的分光比50%:50%波导耦合器,当波导长为25mm时,输入输出波导的间距可以达到300μm,且理论弯曲损耗可忽略不计,可以有效的抑制光源与耦合器的串音干扰。通过优化工艺参数,设计的SOI波导耦合器可以满足设计要求。     

基于光纤陀螺仪的信号补偿

光纤陀螺仪是目前广泛使用的一种惯性仪器, 但在使用过程中仍然会遇到有很多问题. 光纤陀螺仪在使用过程中由于光纤陀螺仪内部元器件构造、材料的使用、以及元器件的精度等因素, 会产生一些误差, 如启动温度、零漂、刻度因子等. 同时在使用的过程中受外界的环境干扰也会使光纤陀螺仪产生误差, 如受外界的振动, 环境温度变化等. 通过分析研究光纤陀螺仪的原理和输出信号, 建立误差补偿模型, 对误差进行补偿分析. 应用分段平均选点法补偿了由于温度变化在信号中产生的线性趋势项, 以及使用平滑滤波算法对光纤陀螺仪输出信号进行     

光纤陀螺组件标定测试系统设计

介绍了IMU700CB光纤陀螺组件的性能与应用。进行了光纤陀螺标定检测系统的硬件环境构建与软件功能开发,给出了IMU700CB光纤陀螺组件的标定结果,并通过测量当地地球自旋角速度验证了标定结果的可信性。     

基于小波多尺度分析的光纤陀螺振动误差分析与建模

针对振动环境对光纤陀螺性能的影响,对某型号的光纤陀螺进行了线振动实验并对实验结果进行了Allan方差分析。利用小波多尺度变换提取了光纤陀螺误差模型中的各误差项,分析并验证了零漂及噪声误差与Allan方差分析误差系数中的量化噪声、角度随机游走以及零偏误差与误差系数中的零偏稳定性、速率随机游走、速率斜坡之间的对应关系。随后利用RBF神经网络对小波多尺度分析提取的零偏误差建立模型并进行了补偿。仿真结果表明,本文提出的方法有效减小了振动环境下各误差项对光纤陀螺性能的影响, Allan方差分析结果中的五个误差系数均有较大下降,其中两项误差系数下降了一个数量级及以上,极大提高了光纤陀螺在振动环境下的输出精度,对光纤陀螺在振动环境下的误差研究具有重要指导意义。     

基于小波多尺度变换的光纤陀螺振动误差分析与补偿

针对振动环境对光纤陀螺性能的影响,对某型号的光纤陀螺进行了线振动实验并对实验结果进行了Allan方差分析。利用小波多尺度变换提取了光纤陀螺误差模型中的各误差项,分析并验证了零漂及噪声误差与Allan方差分析误差系数中的量化噪声、角度随机游走以及零偏误差与误差系数中的零偏稳定性、速率随机游走、速率斜坡之间的对应关系。随后利用RBF神经网络对小波多尺度分析提取的零偏误差建立模型并进行了补偿。仿真结果表明,本文提出的方法有效减小了振动环境下各误差项对光纤陀螺性能的影响,Allan方差分析结果中的五个误差系数均有较大下降,其中两项误差系数下降了一个数量级及以上,极大提高了光纤陀螺在振动环境下的输出精度,对光纤陀螺在振动环境下的误差研究具有重要指导意义。