高精度光纖陀螺建模及信號處理技術(shù)研究.pdf

1、近30年來,光纖陀螺作為一種新型慣性敏感器件在國防領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在國外,隨著光學(xué)器件的加工工藝和關(guān)鍵技術(shù)的突破,高精度光纖陀螺也進入了使用階段。在國內(nèi),由于光學(xué)器件的加工工藝和某些關(guān)鍵技術(shù)尚未突破,高精度光纖陀螺還停留在實驗室階段。尤其是高精度光纖陀螺的建模技術(shù)和信號處理技術(shù),仍處于初步探索階段。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),光路參數(shù)、電路參數(shù)以及調(diào)制解調(diào)的方法都會約束光纖陀螺精度的進一步提高,所以建立高精度光纖陀螺的光學(xué)模型與電路控制模型非常有

2、意義。本文在前人的工作基礎(chǔ)上,提出了基于四狀態(tài)的雙閉環(huán)調(diào)制解調(diào)技術(shù),對光纖陀螺光路模型和閉環(huán)控制電路的數(shù)學(xué)建模進行了深入的研究,并對光纖陀螺信號處理技術(shù)做了深入研究。
　　 首先,設(shè)計了三軸一體化的高精度光纖陀螺的光路結(jié)構(gòu),對光路中各個分立的光學(xué)器件建立基于瓊斯矩陣的數(shù)學(xué)模型,根據(jù)光干涉理論和偏振態(tài)理論,建立了光纖陀螺整體光路的數(shù)學(xué)模型。在光路模型的基礎(chǔ)上,分別仿真研究了集成光學(xué)相位調(diào)制器的消光比、光纖焊接熔接角、相位噪聲以及光

3、纖內(nèi)部存在的偏振耦合點對干涉結(jié)果的影響。
　　 其次,詳細分析了方波偏置下的數(shù)字閉環(huán)調(diào)制解調(diào)原理和反饋回路增益誤差產(chǎn)生的原因及其解調(diào)方法,并對方波偏置下的數(shù)字雙閉環(huán)調(diào)制解調(diào)方法的優(yōu)缺點進行了深入的研究。在此基礎(chǔ)上提出了基于四狀態(tài)偏置的數(shù)字雙閉環(huán)調(diào)制解調(diào)方案,分別研究了幾種不同條件下的調(diào)制解調(diào)過程,并給出了調(diào)制解調(diào)方程。最后給出了四狀態(tài)偏置的數(shù)字雙閉環(huán)調(diào)制解調(diào)方案詳細實現(xiàn)。
　　 再次,為了能夠滿足不同應(yīng)用環(huán)境對光纖陀螺性

4、能的要求、實現(xiàn)光纖陀螺系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計以及深入掌握光纖陀螺系統(tǒng)參數(shù)與光纖陀螺性能參數(shù)之間的關(guān)系,建立了光纖陀螺的數(shù)字雙閉環(huán)控制回路模型,并進行仿真研究。對采用兩種不同調(diào)制解調(diào)方案的光纖陀螺系統(tǒng)進行了實際比較,從而有效地證明了四狀態(tài)偏置的數(shù)字雙閉環(huán)調(diào)制解調(diào)方案的優(yōu)越性,為提高光纖陀螺的精度提供了一個有效的途徑。
　　 最后,為了減輕調(diào)制解調(diào)電路的壓力,提高光纖陀螺的精度,提出了基于歸一化最小均方算法(NLMS)的前向線性預(yù)測濾波