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高精度光纤陀螺光纤环振动特性研究
作 者: 舒建涛
导 师: 李绪友
学 校: 哈尔滨工程大学
专 业: 测试计量技术及仪器
关键词: 光纤陀螺 弹光效应 振动误差 信号处理 光纤环
分类号: V241.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
光纤陀螺是光纤传感领域的重要技术,与经典力学机械陀螺和激光陀螺相比,光纤陀螺以其特有的优点成为惯性技术领域的主流仪表之一,大有取代机械陀螺和激光陀螺的趋势。光纤陀螺的实用化进程中,发现环境的振动、冲击等,会使其输出信号噪声的增大并引起陀螺漂移。因此必须对光纤陀螺的振动特性进行研究,以抑制光纤陀螺的振动误差,提高其环境适应能力。课题以“光纤陀螺航姿系统”项目为依托,从振动对光纤陀螺光路部分的影响出发,研究光纤陀螺振动误差的产生机理,并提出了抑制光纤陀螺振动误差的技术方案。主要工作如下:1、深入分析光纤陀螺的基本原理。在对光路互易性进行详细论述的基础上,讨论光纤的选择和光纤环的绕制方法;分析光纤陀螺干涉信号的表现形式,对较为常用的调制解调方案进行研究比较,将本文所采用的四状态调制解调方案作为研究重点,进行详细的研究分析,并对其抑制Y波导半波电压漂移的原理进行深入的研究和详细的推导。2、在对干涉式数字闭环光纤陀螺基本原理详细论述的基础上,针对光纤陀螺的振动灵敏度,深入研究弹光效应的产生机理和由振动引起的光纤折射率的变化,以及其对光纤陀螺的影响,深入的研究和推导光纤陀螺振动误差在干涉信号中的表现形式,并建立振动与误差信号之间的数学模型,寻求抑制振动误差的解决方案。3、对光纤陀螺光路的互易性进行深入研究。对光纤环的四极对称缠绕方案进行研究,分析该方案在提高光路互易性方面的不足之处,并寻找完善光路互易性的方法。通过研究和分析光纤陀螺的结构封装、尾纤处理和固胶对光纤陀螺的影响,进而提出改善措施。4、在上述基础上,根据相关标准,设计振动测试实验,对改进前后的光纤陀螺样机分别进行振动测试,并对测试数据进行分析,以检验改进后光纤陀螺的性能。
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全文目录
摘要 5-6 ABSTRACT 6-10 第1章 绪论 10-18 1.1 光纤陀螺的分类及其研究进展 11-14 1.1.1 光纤陀螺的分类 11-12 1.1.2 光纤陀螺研究进展 12-14 1.2 国内外光纤陀螺振动特性研究现状 14-16 1.2.1 国外光纤陀螺振动特性研究 14-15 1.2.2 国内光纤陀螺振动特性研究 15-16 1.3 本课题研究意义及内容 16-18 第2章 干涉式数字闭环光纤陀螺基本原理 18-31 2.1 光纤陀螺的基本原理 18-20 2.2 光路的互异性 20-24 2.2.1 光纤的选择 21-23 2.2.2 光纤环的绕制 23-24 2.3 光纤陀螺的调制解调原理 24-30 2.3.1 I-FOG的干涉信号形式 24-26 2.3.2 I-FOG的调制检测方案 26 2.3.3 I-FOG数字闭环光纤陀螺四状态调制解调原理 26-30 2.4 本章小结 30-31 第3章 振动对光纤陀螺的影响 31-45 3.1 光纤中的弹光效应 31-34 3.1.1 弹光效应 31-33 3.1.2 光纤中光传输的相位变化 33-34 3.2 振动引起的非互易相移 34-41 3.2.1 振动情况下光纤的受力分析 35-36 3.2.2 振动引起的光纤折射率变化 36-37 3.2.3 振动引起的非互易相移 37-41 3.3 振动对光纤陀螺的影响 41-44 3.3.1 振动对与振动方向平行轴光纤环的影响分析 41-42 3.3.2 振动对与振动方向垂直轴光纤环的影响分析 42-44 3.4 本章小结 44-45 第4章 振动误差抑制技术研究 45-66 4.1 抑制振动误差的信号处理方法 45-53 4.1.1 振动误差在光纤陀螺信号中的表现形式 45-48 4.1.2 抑制振动误差的信号处理方法 48-50 4.1.3 算法的实现 50-53 4.2 四极对称绕法中光纤环直径对误差的影响 53-59 4.2.1 四极对称绕法对振动误差的抑制原理 53-57 4.2.2 光纤环直径对振动误差的影响 57-59 4.3 光纤环安装 59-63 4.3.1 光纤长度中点对振动误差的影响 60-61 4.3.2 光纤长度中点处于不同位置时的振动误差 61-63 4.4 结构封装、尾纤处理和固胶 63-65 4.5 本章小结 65-66 第5章 振动误差测试与分析 66-77 5.1 振动方式及实验方法 66-68 5.2 改进解调方式前后振动误差测试 68-71 5.3 ALLAN方差分析 71-76 5.3.1 光纤陀螺中的噪声 71-72 5.3.2 Allan方差的基本原理 72-76 5.4 本章小结 76-77 结论 77-78 参考文献 78-82 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 82-83 致谢 83
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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空仪表、航空设备、飞行控制与导航 > 航空仪表、航空设备 > 陀螺仪表
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