测地激光陀螺模式特性及其控制技术研究

来源 :西安石油大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kongduiyue2008
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世界时(UT1)是地球定向参数之一,是天球和地球坐标转换的桥梁,但我国UT1的获得主要依赖于国际组织播报。鉴于其重要性,实现我国UT1的独立自主高精度测量至关重要。测地激光陀螺是目前唯一可行的直接参考地球自转轴的测量工具,可以直接测量地球瞬时自转角速度,进而实时解算世界时。然而当前国内还没有主动式测地激光陀螺相关报道。本文采取分体式结构,搭建国内首个主动式测地激光陀螺,成功实现解锁地球转速测量,并对获得的Sagnac信号和纵模间隔进行分析,接着采取临界增益的方法实现陀螺单模运转,最后采取腔长稳定控制实现Sagnac信号短期稳定,实现主动式测地激光陀螺的原理验证。本文主要工作如下:(1)利用光学传输矩阵,分析了环形谐振腔的稳定性条件,接着提出一种调腔方法,进行谐振腔准直。通过对陀螺参数进行摸索,粗略得到实现地球自转角速度下解锁的最小尺寸为1.7 m×1.3 m,再逐步增大陀螺尺寸到2.66 m×2.13 m以验证地速信号的准确性。最后采取分体式结构利用高反镜、角盒、增益管和不锈钢管等独立部件搭建了2.27 m×1.4m主动式测地激光陀螺仪,实现地球自转角速度下出锁区,并对地球自转角速度和短期Sagnac信号进行分析。(2)首先对国内首个主动式测地激光陀螺仪进行模式选择实验,表明全内腔激光陀螺可以利用腔体管道孔径实现基横模的选择;对于外腔式激光陀螺可以选择利用光阑或者增益管的毛细管孔径实现基横模选择。然后对三个尺寸陀螺的光强随电流变化情况进行实验,得到增益基本随电流线性递增,并采取临界增益的方式实现单纵模运转,使大型激光陀螺单纵模运转成为可能。最后对大型激光陀螺单模、多模运行状态进行介绍。(3)分析了单模运转下的2.27 m×1.4 m分体式测地激光陀螺输出的Sagnac信号时序图,输出频率差信号稳定性较差。为了获得稳定的Sagnac信号,需要对陀螺进行腔长稳定控制。接着总结了Sagnac信号稳定控制的三种方法,最后以光强作为反馈信号控制PZT移动,通过稳定光强在极大值附近来稳定Sagnac信号。结果表明采取光强反馈稳定控制具有一定效果,Sagnac信号稳定性提高。
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