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中国惯性技术学报 2023年第3期31卷 268-274页

作者：王国臣王沐禹吴星亮高伟王梓丞哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院哈尔滨150001

针对谐振式光纤陀螺易受背向散射噪声影响,且温度适应性较差的问题,提出了一种基于频差四态调制的谐振式光纤陀螺方案。该方案利用双闭环反馈结构,综合使用三角波相位调制和声光移频器的大频差调制,有效地抑制了背向散射噪声,提高了检... 详细信息

针对谐振式光纤陀螺易受背向散射噪声影响,且温度适应性较差的问题,提出了一种基于频差四态调制的谐振式光纤陀螺方案。该方案利用双闭环反馈结构,综合使用三角波相位调制和声光移频器的大频差调制,有效地抑制了背向散射噪声,提高了检测精度。同时,通过在声光移频器产生的大频差中引入补偿项进行温度补偿,改善了温度适应性。在搭建样机进行对比测试实验后,实验结果表明,四态调制方案可以将陀螺室温环境下的零偏稳定性提升51.5%;变温环境下的零偏稳定性提升69.6%。可见,基于频差四态调制的方案能有效提高谐振式光纤陀螺抑制背向散射噪声的能力,并能改善陀螺的温度适应性。

关键词：谐振式光纤陀螺背向散射噪声温度补偿四态调制

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基于频差四态调制的谐振式光纤陀螺系统设计与实现

基于频差四态调制的谐振式光纤陀螺系统设计与实现

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作者：王维成哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

谐振式光纤陀螺作为一种以光学Sagnac效应为理论基础的惯性传感器,利用多光束干涉产生谐振现象,通过测量谐振频率差值获得角速度。相比于干涉式光纤陀螺,理论上能使用更短的光纤达到相同的精度,因而在高精度、小型化、集成化方面具有巨... 详细信息

谐振式光纤陀螺作为一种以光学Sagnac效应为理论基础的惯性传感器,利用多光束干涉产生谐振现象,通过测量谐振频率差值获得角速度。相比于干涉式光纤陀螺,理论上能使用更短的光纤达到相同的精度,因而在高精度、小型化、集成化方面具有巨大潜力。但是使用高相干光源会带来以背向散射噪声为主的光学噪声,现抑制背向散射噪声的主流方案是载波抑制和增大顺逆时针光波频差两种方案,这两种主流方案中很少考虑到温度对光路中相位调制器和谐振腔的影响,温变环境下方案中的抑制效果没有得到保证。针对上述情况,本文提出一种频差四态调制的谐振式光纤陀螺数字信号处理方案,通过使用声光移频器将顺时针光波移至不同的谐振频率点,以实现背向散射噪声的抑制及温度的检测补偿,保证背散噪声抑制效果以及温度适应性,提高陀螺的检测精度。具体来说,本文主要开展了如下研究工作:首先,本论文对谐振式光纤陀螺的基本原理进行了详细推导,得出谐振腔中光波传递特性的数学表达,并对此推导进行仿真说明;接着对本课题所要研究的问题进行原因分析:光学背向散射噪声的成因及影响、环境温度对相位调制器和谐振腔作用机理和影响。其次,本论文针对上述问题提出四态调制方案的设计,首先对四态调制拆解成相位调制器二态调制和声光移频器频差调制部分,分析其能够抑制背向散射噪声的原理及最优参数的设计;接着将两部分组合形成四态调制方案,推导出温度检测补偿的原理,从理论上验证了四态调制方法的合理性。然后,本论文对上述方案进行实现,分别从光路、模拟电路和数字电路部分给出具体的实现方案。光路部分主要是对声光移频器移频过程中存在功率衰减的问题提出功率补偿的措施;模拟电路根据方案中电信号的特性进行选型设计实现;数字电路部分按照方案中的流程,通过Verilog代码编写,在FPGA上实现相应的四态调制解调过程。最后,搭建了测试系统并进行了对比实验测试,在室温环境下,对是否引入频差移动进行3600s静态对比实验,百秒积分下,引入频差移动零偏稳定性为19.8 deg/h,未引入的零偏稳定性为40.8 deg/h。在温变的环境下,对是否采用四态移频进行3600s静态对比实验,采用四态调制的零偏稳定性为78.7 deg/h,未采用的为259.1 deg/h,表明引入频差四态调制能够更好地抑制背向散射噪声。

关键词：谐振式光纤陀螺背向散射噪声温度监测补偿四态调制

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高精度数字闭环光纤陀螺的调制增益控制

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哈尔滨工程大学学报 2008年第11期29卷 1172-1175页

作者：张勇李绪友王南王瑞哈尔滨工程大学自动化学院黑龙江哈尔滨150001 海军驻杭州地区军代表室浙江杭州310012

高精度光纤陀螺广泛采用数字闭环处理的方案,因此闭环增益控制的误差将会影响到陀螺性能.从光纤陀螺的信号处理原理出发,分析了光纤陀螺的关键器件Y波导的半波电压波动对陀螺精度的影响,并针对此提出了光纤陀螺调制增益控制的原理.根据... 详细信息

高精度光纤陀螺广泛采用数字闭环处理的方案,因此闭环增益控制的误差将会影响到陀螺性能.从光纤陀螺的信号处理原理出发,分析了光纤陀螺的关键器件Y波导的半波电压波动对陀螺精度的影响,并针对此提出了光纤陀螺调制增益控制的原理.根据该原理,设计了基于四态调制的双闭环数字信号处理方案,用来对调制增益漂移进行实时跟踪和补偿.实验结果表明,该方案提高了陀螺的零偏稳定性以及标度因数线性度,改善了陀螺性能.

关键词：信号处理 Y波导调制增益第二闭环回路四态调制

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