慢光光纖陀螺關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、光纖陀螺作為慣性測量器件，其潛在的優(yōu)勢和應(yīng)用前景倍受關(guān)注，已成為新一代慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的主導(dǎo)器件。隨著對光纖陀螺研究的深入，研究人員提出了一系列的改進(jìn)措施，使光纖陀螺性能不斷提高。本學(xué)位論文結(jié)合“探索一代***預(yù)研項目”，對基于慢光技術(shù)的耦合諧振腔結(jié)構(gòu)的光纖陀螺原理、陀螺隨機噪聲和誤差的分析與建模、慢光光纖陀螺信號時間差檢測等問題展開了深入的研究和探索。
　　分析慢光產(chǎn)生的機理，以及光纖中慢光的實現(xiàn)方法，為將慢光應(yīng)用于光纖陀螺奠定了基

2、礎(chǔ)。從理論上論證了兩種慢光光纖陀螺的結(jié)構(gòu)方案，一種是基于高色散介質(zhì)中當(dāng)介質(zhì)與干涉儀存在相對運動產(chǎn)生Doppler效應(yīng)的慢光光纖陀螺結(jié)構(gòu)，其刻度因數(shù)可以提高n2g倍（ng的量級可達(dá)到105～108），但這種結(jié)構(gòu)的陀螺只能用來測量相對旋轉(zhuǎn)，不能作為導(dǎo)航陀螺；另一種是利用高色散介質(zhì)產(chǎn)生慢光，基于耦合諧振腔的慢光光纖陀螺結(jié)構(gòu)方案，論證其提高陀螺精度的原理，這種結(jié)構(gòu)的陀螺其刻度因數(shù)可提高ng/n0倍，給出了慢光光纖陀螺輸出信號與諧振腔數(shù)目N，耦合

3、系數(shù)μ，諧振腔半徑R之間的關(guān)系，同時設(shè)計了慢光光纖陀螺測試單軸轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)，為探索新型高靈敏度的光纖陀螺奠定了基礎(chǔ)。
　　以加窗函數(shù)為基礎(chǔ)將動態(tài)Allan（DAVar）方差分析方法用于慢光光纖陀螺隨機誤差分析中。將經(jīng)典Allan方差與動態(tài)Allan（DAVar）方差用于陀螺誤差分析的結(jié)果進(jìn)行對比，系統(tǒng)地分析了引起慢光光纖陀螺漂誤差的隨機噪聲的種類及其來源和特性，特別是產(chǎn)生光速減慢的受激布里淵散射（SBS）效應(yīng)和光速控制不穩(wěn)惡化了噪聲指

4、數(shù)，降低信噪比，而動態(tài)Allan方差分析方法的優(yōu)勢在于不僅能確定慢光光纖陀螺各種隨機誤差的系數(shù)，而且可以跟蹤和描述信號隨時間變化的穩(wěn)定性，通過分析和仿真指出動態(tài)Allan方差分析是對慢光光纖陀螺隨機誤差進(jìn)行研究的有效方法，可以對影響陀螺精度的主要隨機誤差項的統(tǒng)計特性進(jìn)行細(xì)致的表征和辨識。
　　隨機漂移也是影響慢光光纖陀螺精度的主要因素，建立慢光光纖陀螺隨機漂移數(shù)學(xué)模型是分析陀螺運動規(guī)律、改善其動態(tài)性能的基礎(chǔ)。采用時間序列ARMA模

5、型建立隨機漂移模型，針對慢光光纖陀螺SBS效應(yīng)使光速變慢引入新的附加噪聲后，時間序列模型辨識精度低的問題，提出基于衰減正弦曲線方法和相關(guān)匹配方法估計ARMA模型系統(tǒng)參數(shù)，仿真實驗結(jié)果表明，對于具有較低信噪比噪聲干擾的系統(tǒng)，該算法具有良好的收斂性和準(zhǔn)確性，應(yīng)用該算法所確定的模型對慢光光纖陀螺隨機信號模型進(jìn)行預(yù)測，通過對圖表的分析可知模型能夠比較全面的描述慢光光纖陀螺隨機過程的真實全貌，可以對隨機信號中的變化進(jìn)行基本準(zhǔn)確的預(yù)測分析。

6、　　針對采用慢光技術(shù)的新型光纖陀螺中兩束反向傳播光的時間差量級在ns級左右，提出采用時間差檢測的方法獲得慢光光纖陀螺輸出角速度。在理論上對時間差測量的方法進(jìn)行研究，分析了廣義互相關(guān)法在時差估計中的應(yīng)用并做仿真，但該方法對于信噪比較低的信號時間差估計顯得無能為力。提出采用四階累積量的方法對時間差進(jìn)行估計取得較好的效果，并在噪聲相關(guān)與不相關(guān)的情況下與廣義互相關(guān)算法時間差估計結(jié)果進(jìn)行了比較。其次研究了幾種實際時間差測量方法，采用時間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯