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(cè)量器件，其潛在的優(yōu)勢(shì)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(duì)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(xiàng)目”，對(duì)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(jī)噪聲和誤差的分析與建模、慢光光纖陀螺信號(hào)時(shí)間差檢測(cè)等問題展開了深入的研究和探索。
　　分析慢光產(chǎn)生的機(jī)理，以及光纖中慢光的實(shí)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(jí)可達(dá)到105～108），但這種結(jié)構(gòu)的陀螺只能用來測(cè)量相對(duì)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(hào)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(shí)設(shè)計(jì)了慢光光纖陀螺測(cè)試單軸轉(zhuǎn)臺(tái)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(dòng)態(tài)Allan（DAVar）方差分析方法用于慢光光纖陀螺隨機(jī)誤差分析中。將經(jīng)典Allan方差與動(dòng)態(tài)Allan（DAVar）方差用于陀螺誤差分析的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，系統(tǒng)地分析了引起慢光光纖陀螺漂誤差的隨機(jī)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(dòng)態(tài)Allan方差分析方法的優(yōu)勢(shì)在于不僅能確定慢光光纖陀螺各種隨機(jī)誤差的系數(shù)，而且可以跟蹤和描述信號(hào)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定性，通過分析和仿真指出動(dòng)態(tài)Allan方差分析是對(duì)慢光光纖陀螺隨機(jī)誤差進(jìn)行研究的有效方法，可以對(duì)影響陀螺精度的主要隨機(jī)誤差項(xiàng)的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行細(xì)致的表征和辨識(shí)。
　　隨機(jī)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(jī)漂移數(shù)學(xué)模型是分析陀螺運(yùn)動(dòng)規(guī)律、改善其動(dòng)態(tài)性能的基礎(chǔ)。采用時(shí)間序列ARMA模

5、型建立隨機(jī)漂移模型，針對(duì)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(shí)間序列模型辨識(shí)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(jì)ARMA模型系統(tǒng)參數(shù)，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)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(duì)慢光光纖陀螺隨機(jī)信號(hào)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過對(duì)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(jī)過程的真實(shí)全貌，可以對(duì)隨機(jī)信號(hào)中的變化進(jìn)行基本準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)分析。

6、　　針對(duì)采用慢光技術(shù)的新型光纖陀螺中兩束反向傳播光的時(shí)間差量級(jí)在ns級(jí)左右，提出采用時(shí)間差檢測(cè)的方法獲得慢光光纖陀螺輸出角速度。在理論上對(duì)時(shí)間差測(cè)量的方法進(jìn)行研究，分析了廣義互相關(guān)法在時(shí)差估計(jì)中的應(yīng)用并做仿真，但該方法對(duì)于信噪比較低的信號(hào)時(shí)間差估計(jì)顯得無能為力。提出采用四階累積量的方法對(duì)時(shí)間差進(jìn)行估計(jì)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(shí)間差估計(jì)結(jié)果進(jìn)行了比較。其次研究了幾種實(shí)際時(shí)間差測(cè)量方法，采用時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯