基于双谐振腔结构的光纤陀螺信号检测方法研究

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谐振式光纤陀螺是一种新型惯性传感器件,通过敏感谐振腔内两束相反方向传输光波的谐振频差来得到运动载体的角速率信息。理论上只需要十几米的光纤谐振腔就可以实现惯性级的导航精度,在未来高精度、集成化的发展趋势下有着巨大的市场应用前景。但谐振腔内存在诸多光学噪声,如背向散射噪声和偏振波动噪声等,使陀螺检测精度受到极大的限制。本文主要是针对光学噪声引起的谐振曲线不对称现象,提出相对应的信号检测方法,以期达到消除陀螺漂移和提高陀螺动态检测性能的目的,论文的主要研究内容如下:首先对谐振式光纤陀螺的理论工作基础进行介绍,利用光波场叠加理论分析光波在谐振腔内的传输特性,同时也研究了各结构参数对谐振特性的影响。其次,对谐振腔内存在的背向散射噪声和偏振波动噪声的产生机理和抑制方法分别进行分析,指出现有抑制方法的优势与不足。研究这两种噪声对谐振曲线不对称率的影响,为后续提出的信号检测方法奠定基础。接着,介绍谐振式光纤陀螺的系统组成,分析基于三角波调制解调方案中谐振曲线不对称对陀螺输出漂移的具体影响,为了抑制谐振曲线不对称性带来的输出误差,从信号检测的角度出发,设计双谐振腔结构的光纤陀螺系统,并将MZI型热光开关加入光路结构中,用以周期性改变光波在腔内的传输方向。基于该结构提出一种新的信号检测方法,并详细论述在一个完整调制周期内信号检测的具体过程。最后,对新提出的信号检测方法进行理论分析和仿真验证,从解调曲线零点偏移和动态检测性能这两方面对双谐振腔和单腔结构的谐振式光纤陀螺进行对比,双谐振腔陀螺从结构特性上完全避免背向散射噪声的影响,且本文提出的信号检测方法可以完全消除三角波调制过程中非互易性因素造成的陀螺漂移误差。模拟陀螺在不同温度下以固定角速率进行旋转,利用谐振曲线受偏振波动影响较小的一侧对信号进行检测,从数值仿真对比结果中可以推算出,新提出的信号检测方法可以有效地减小热致偏振波动引起的角速率检测偏差。
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