【摘 要】
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智能制造、智能驾驶产业领域的快速发展,对高性能、低成本光纤陀螺的技术需求越来越急迫,开环光纤陀螺成本较为低廉,在民用领域拥有着广阔的市场前景。本文研究一种低损耗偏振型开环光纤陀螺,采用12点数字采样正交解调算法对陀螺仪光电探测器输出的干涉信号直接采样,通过对离散点进行计算可以解得由角速度引起的Sagnac相移,基于条纹计数原理实现大动态范围的相位解调,具有成本低,动态范围大的技术优点。主要研究内容
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智能制造、智能驾驶产业领域的快速发展,对高性能、低成本光纤陀螺的技术需求越来越急迫,开环光纤陀螺成本较为低廉,在民用领域拥有着广阔的市场前景。本文研究一种低损耗偏振型开环光纤陀螺,采用12点数字采样正交解调算法对陀螺仪光电探测器输出的干涉信号直接采样,通过对离散点进行计算可以解得由角速度引起的Sagnac相移,基于条纹计数原理实现大动态范围的相位解调,具有成本低,动态范围大的技术优点。主要研究内容包括以下几个方面:首先,对开环光纤陀螺的基本原理——Sagnac效应进行理论推导,对开环光纤陀螺的最小互易性结构进行介绍,分析开环光纤陀螺仪的调制技术,讨论介绍开环光纤陀螺仪常见的几种解调方法,重点对正交解调算法进行了理论分析。然后,详细分析了开环光纤陀螺系统相位调制器的驱动信号与正交解调算法解调误差之间的关系、干涉信号采样相位误差与正交解调算法解调误差之间的关系。同时,利用抽取的12个采样点构建调制深度误差EM和调制初始相位误差EW评价参数,评估和对正弦调制信号参数进行反馈控制保证解调精度。结果表明:为保证开环光纤陀螺相位解调误差在±10-6rad（在标度因数为0.0197 s,φs单位为rad,Ω单位为°/s,光纤陀螺角速度误差为±0.1819°/h）,正弦调制信号调制频率误差小于±0.072%（光纤环本征频率97.31 k Hz,对应±70 Hz）,调制信号电压峰峰值误差小于±0.1%（±4 m V,相位调制器半波电压Vπ=3.654 V）;调制初相位反馈误差EW小于±13.897 m V,调制深度反馈误差EM小于±7.771 m V;为保证解调误差的标准差控制在10-6 rad以内,数字采样相位误差应控制在5.625×10-4 rad（采样时钟抖动的标准差920 ps）以内。最后,低损耗偏振型开环光纤陀螺的实验搭建与测试,光纤环长度为1027 m,外径为88.36 mm,内径为75.59 mm,采用光学偏振控制技术来减少光学传感光路中光传播带来的光损耗,从而降低陀螺系统光源功率能耗。低损耗偏振型开环光纤陀螺采用正交解调算法进行信号解调。对搭建的低损耗偏振型开环光纤陀螺系统的标度因数进行测试,确定开环光纤陀螺系统的输出与输入的关系。通过低损耗偏振型开环光纤陀螺的动态寻北测试地球自转角速度分量实验,对搭建的低损耗偏振型开环光纤陀螺进行性能验证。在室温条件下,输入低损耗偏振型开环光纤陀螺实验系统的角速度范围为-10°/s至10°/s对应标度因数非线性度1539.88 ppm,零偏为601.71°/h,3小时长期零漂测试,零漂为8.1°/h。
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