闭环方波调制谐振型光纤陀螺标度因子非线性分析

对采用方波频率调制的谐振型光纤陀螺(R-FOG)的闭环控制方案进行了分析.当光波频率偏离谐振中心频率时,R-FOG反射光强将出现方波强度调制信号,利用此误差信号可以实现R-FOG的闭环控制,将CW和CCW两束光的光波频率分别锁定为其谐振频率.两束光的闭环频率锁定分别通过激光器频率调节和频率偏置调制实现,锁定精度由控制系统的精度决定.对基于方波调制的闭环R-FOG的标度因子非线性进行了分析.分析表明,标度因子非线性受闭环频率控制精度的影响,影响的大小与谐振腔的谐振精细度相关.谐振精细度越高,频率控制精度的影响越大.对于50精细度的谐振腔,100 ppm的标度因子非线性要求频率控制精度优于1 113 Hz,而对于100精细度的谐振腔,对频率控制精度的要求提高为605 Hz.     

数字调制谐振式光纤陀螺闭环检测方案的研究

谐振式光纤陀螺是采用环形谐振腔来增强萨格纳克（Sagnac）效应的，其数字闭环检测方案具有动态范围大，灵敏度高的特点。对于双频率数字调制的谐振式光纤陀螺，该文提出了两种基于数字信号处理芯片（DSP）实现的闭环检测方案，并利用Matlab软件对两种检测方案进行了全面的比较。     

光纤陀螺双阶梯波数字相位调制的实验

设计并实验了一种新的数字闭环光纤陀螺调制方式,比较了目前常用的调制方式同实验中调制方式的差异.实验结果表明,采用新调制方式的光纤陀螺能很好地实现闭环工作方式,实测到陀螺的各项性能同原调制方式相仿.但对新调制方式中更好的死区抑制效果预期,在实验中并未明显观测到.     

光纤陀螺的闭环实现和信号分析

文章提出了一种在开环去偏光纤陀螺基础上实现闭环解调的方案，并分析了反馈信号的各项参数的变化对陀螺输出信号的影响。在保持零偏稳定性好的情况下，在±300°／s转速范围内实现了较低的标度因数非线性度。     

闭环光纤陀螺方波调制失真的影响与消除

数字闭环光纤陀螺仪测量角速度时,采用方波调制引起的各种失真会对输出结果产生影响。基于傅里叶级数建立包含失真噪声的闭环光纤陀螺方波调制、解调信号模型,对各种调制失真引起的输出误差进行了仿真分析,并提出一种双极型归零脉冲方波解调方法,用于消除方波调制闭环光纤陀螺仪的输出信号误差。仿真结果表明:采用常规方波解调时,调制信号的相位失真、方波脉宽失真、谐波失真以及梳状噪声脉冲对光纤陀螺仪输出有很大影响,测量角速度相对误差可达1%量级。采用双极型归零脉冲方波解调时,上述调制失真的影响都得到有效的减小,陀螺仪测量角速度相对误差只有0.1%量级,降低了一个数量级,说明文中提出的双极型归零脉冲方波解调方法对提高闭环陀螺的测量精度和稳定性有重要意义。     

闭环光纤陀螺中的死区抑制技术研究

研究了闭环光纤陀螺中死区误差的产生机理,并对死区现象进行了仿真.提出了一种消除或减小死区误差的电学方法.实验表明,采用三角波补偿信号可有效抑制闭环光纤陀螺中死区误差.     

相位调制非线性对开环光纤陀螺工作点测量与信号解调的影响

在全光纤开环光纤陀螺中，利用压电陶瓷调制器可以为光纤陀螺提供互易性正弦相位偏置，但相位调制中的寄生非线性会对陀螺测量产生影响。从理论上给出了二倍频非线性相位调制情况下开环光纤陀螺输出信号的一、二、四次谐波表达式，分析了相位调制非线性对陀螺工作点测量与信号解调的影响，实验验证了相关结果。实验结果与理论分析表明在陀螺应用中必须采取措施抑制非线性相位调制的幅度。     

单模闭环光纤陀螺的研制和测试

研制成功一种使用单波导ＬｉＮｂＯ３和两个去偏器的闭环光纤陀螺，测试结果表明它的零点漂移为０．５６５ｏ／ｈ，动态范围－３００ｏ／ｓ￣＋３００ｏ／ｓ。     

消除数字闭环光纤陀螺串扰的多态调制方法

针对数字闭环光纤陀螺中由串扰引起的死区问题,本文提出了一种新的在不同调制深度下消除串扰的多态调制方法。根据数字闭环光纤陀螺调制解调的原理,建立了调制序列与解调序列的相关函数,当该相关函数为零时,可以获得多态调制序列中φm与2π-φm的比例关系,从而获得了不同调制深度下消除串扰的多态调制方案。对不同调制深度下构造的多态调制方案进行实验测试,结果表明,本文提出的数字闭环光纤陀螺多态调制方案能消除由串扰引起的死区问题。     

全数字光纤陀螺闭环检测系统

介绍了一种新型的全数字光纤陀螺闭环检测方案－数字相位斜波技术,讨论了采用该方案的电路设计并进行了具体电路的设计与调测。实验表明方案可以很好地解决标度因子线性度及大的动态范围等问题。     

采用正弦调制测量光纤陀螺带宽的方法研究

光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的新型全固态角速率传感器,它具有较高的理论带宽,而通常的角振动台测试法具有一定的局限性.提出了一种在陀螺设计和装配阶段采用正弦调制法测量光纤陀螺带宽的方法.根据光纤陀螺的工作原理,在陀螺光纤环中引入一个PZT元件,通过给PZT施加一定频率的正弦调制来模拟一个正弦变化的角速率,从而测得光纤陀螺的幅频响应曲线,进而确定其带宽.按照此法对TG400型光纤陀螺进行了测量,测得陀螺带宽约为100 Hz.     

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。     

时分复用光纤陀螺噪声分析及调制方式研究

针对时分复用多轴光纤陀螺调制方式选择的混乱及噪声分析的困难,分析了在方波调制,阶梯波反馈下光路和电路中各串扰因素的影响,指出在中低精度应用时,电路中探测器噪声是影响时分陀螺精度的最主要因素。分析了N轴±π/2调制,一轴±π/2、其他轴不调制以及一轴±π/2、其他轴±π的3种方波调制方式下,探测器上信号与噪声的关系,得到散粒噪声主导情况下工作轴的信噪比以及最小可探测相移。仿真和实验结果表明后两种调制方式更具有实用性,且一轴±π/2,其他轴±π调制具有最高的信噪比,其陀螺灵敏度是前种时分调制方式的5倍,为时分复用陀螺的应用提供了一种参考原则。     

光纤陀螺标度因数的自标定方法

基于数字闭环光纤陀螺的阶梯波调制原理,该文提出了一种光纤陀螺标度因数的自标定方法,旨在提高光纤陀螺的标定效率。在陀螺的数字信号处理部分即现场可编程门阵列(FPGA)上加入等幅度递增的数字阶梯波信号,通过Y波导改变两光之间的相位差,用这种方法模拟转台角速度的输入,静基座条件下即可拟合标度因数及计算其非线性误差。通过实验验证了光纤陀螺的自标定方法的可行性,并对其适用范围进行研究。     

谐振式微光学陀螺中相位调制非线性研究

通过在相位调制器上施加线性变化的调制信号来实现对光波频率的方波调制是目前谐振式微光学陀螺(RMOG)中普遍采用的调制方法。而实现理想的方波频率调制要求完全线性的调制波形,极大地增加了系统实现难度。研究了调制曲线非线性对谐振腔输出的影响,仿真计算了具有二阶和三阶非线性误差的调制曲线引起的谐振曲线偏移和畸变。分析了解调输出误差与调制曲线非线性度的关系。通过搭建RMOG实验系统,测试了实际产生三角波调制信号的高阶非线性系数以及陀螺输出的标度因数。实验验证了理论分析计算方法的正确性以及采用模拟三角波产生方法改善微光学陀螺中相位调制非线性的可行性。     

光纤陀螺的最新进展

光纤陀螺从提出至今仅２０余年,但其从原理到实现到改进的发展过程却发生了很大变化。文中简述了光纤陀螺广泛的应用背景及基本原理,对光纤陀螺实用化进程中的几点重大突破进行了总结,并详细介绍了国外光纤陀螺的研究和生产的最新发展情况,也提及了我国光纤陀螺的研制概况。在对各国光纤陀螺公司产品的性能指标及其应用范围的分析基础上,指出了当前光纤陀螺发展的高精度和低成本两个方向,并介绍了几种主要的方案。     

基于Simulink的数字闭环光纤陀螺频率响应特性研究

为了深入研究闭环光纤陀螺的频率响应特性,基于Simulink搭建了数字闭环光纤陀螺仿真模型,分析了四态方波调制下影响闭环光纤陀螺的频率特性的主要因素.结果表明,数字闭环光纤陀螺的稳定性条件为数字开环增益小于0.618.当数字开环增益小于0.16时,控制系统不存在超调.数字闭环光纤陀螺的频率带宽与数字开环增益和陀螺本征频...     

干涉式光纤陀螺系统Serrodyne调制误差分析

本文首先针对实现闭环光纤陀螺系统相位零化技术的Ｓｅｒｒｏｄｙｎｅ调制理论进行了详细分析，通过对实际Ｓｅｒｒｏｄｙｎｅ调制分析得出因回扫时间的延迟产生周期性反对称毛刺是导致调制失真的因素，运用 Ｆｏｕｒｉｅｒ Ａｎｇｉｅｒ Ｂｅｓｓｅｌ级数对误差信号各次谐波分解得出低次谐波分量在误差信号中占主导作用，并提出减小调制误差的方法。     

光纤陀螺方波调制误差的分析与抑制

基于光纤陀螺的调制-解调原理,讨论了调制方波的频率、相位、占空比和光纤环特征频率对方波调制误差的影响,推导出方波调制误差的数学模型.测量光纤环特征频率、调制方波频率、相位及其温度系数,分析了温度变化对方波调制误差的影响.提出了数字时域梳状滤波的解调方法,推导出消除方波调制误差的条件表达式.实验结果显示,数字时域梳状滤波可以使方波调制误差引起的偏置漂移减小到0.3°/h以下.     

数字调制谐振式光纤陀螺中阶梯波复位误差的分析

谐振式光纤陀螺(R-FOG)是采用环形谐振腔来增强Sagnac效应的，其检测方案可以分为开环和闭环，在电路实现上，根据相位调制器控制信号的不同，又分为模拟调制和数字调制。相比而言，其数字闭环检测方案具有动态范围大、灵敏度高的特点。在数字调制的谐振式光纤陀螺中，其阶梯波的复位高度V2π是否精确，会对旋转角速度的测量和标度因数的线性度产生影响。从理论上分析了不精确的复位高度V2π对系统的影响，指出不精确的V2π将使谐振腔中的交叉耦合电场和直通耦合电场之间不会形成最佳相消干涉，从而产生误差。利用探测器输出总电场的表达式，以双频率调制的谐振式光纤陀螺为例，对引入的误差作了定量的数值计算，最后给出了克服误差的几种方法。