光纤陀螺噪声分析及抑制技术研究

发布时间：2020-01-26 19:39

【摘要】：目前,光纤陀螺在惯导领域已经得到了广泛地重视,虽然它的起步比较晚,但是发展迅猛,在很多领域已经代替了传统的机械转子陀螺,成为惯导领域不可或缺的敏感器件之一。它是以sagnac效应为基本理论的,与传统的机械陀螺相比,具有动态范围宽、成本低、可靠性高等特点。随着光纤陀螺的不断发展,其精度和稳定性也在不断地提高,但同时,许多内部或外部的因素也在制约着光纤陀螺性能的进一步提高。光纤陀螺系统噪声的存在是限制其性能提高的主要因素之一,这就使得降噪技术成为光纤陀螺领域的一个热门研究方向,世界上许多国家已经研究出几种降噪的方法,并得到了广泛应用,但是还有许多的改进之处,需要对噪声进行更深一步的分析和研究。本文在对某型号光纤陀螺噪声分析的基础上,设计了一种噪声相减法,并提出一种延时时间反馈控制算法,运用这种方法对某型号光纤陀螺进行降噪实验,并对实验结果进行解算和分析。其主要内容有以下几点:首先,对干涉式光纤陀螺中的光路噪声进行分析,介绍了光纤陀螺中常见的几种误差源及其抑制技术和方法,并着重研究在使用掺铒光纤光源的高精度光纤陀螺中的三种主要噪声,即散粒噪声、热噪声和相对强度噪声,通过对其光路噪声信噪比的分析,得出结论即相对强度噪声是其中最主要的噪声源。其次,对光纤陀螺的噪声进行数学建模及simulink仿真,分析光纤陀螺系统输入噪声与陀螺输出之间的关系;介绍了目前世界上通用的两种主要的噪声抑制的方法,并对比这两种方法,分析其各自的优劣,最终选择采用噪声相减法;介绍两种降噪算法,并选择自适应滤波算法对噪声进行处理。再次,通过对降噪方案的具体分析,确定了硬件电路的结构,使用altium designer软件完成硬件电路的原理图和PCB图,并选用合适的元器件完成电路系统的搭建;在软件设计上提出一种延时反馈控制算法并对其加以详细研究和说明。最后,完成相关的几个实验,验证了噪声相减法的可行性;采用设计的硬件电路板和提出的算法对实验室某型号光纤陀螺做噪声抑制实验,并用Allan方差对陀螺输出进行降噪效果评估。
【图文】：

光源,噪声抑制,方案图,专利

环光纤陀螺。逡逑１９９４年Ｌｅｖｅｌ？提出了四态波调制以提高双闭环时的复位效率。同年，美国的专利逡逑５３３１４０４中提出的抑制光源ＲＩＮ噪声的方案如图１．１所示［７］，该方案的思想就是噪声相逡逑减，将耦合器未用的一端口引出，用于采集光源的ＲＩＮ噪声，然后用传感器信号与之逡逑相减达到噪声的抑制，由于传感器信号与采集的光源ＲＩＮ噪声经过的路程不同，中间逡逑多了一个光纤环，因此存在一个延时，所以在采集光源ＲＩＮ噪声之前加入一个与干涉逡逑仪相同的光纤环，使之与传感器信号不存在延时，再通过相减抑制光源的ＲＩＮ噪声。逡逑光源邋Ｌ逡逑逦＼逦（光纤环）逡逑测器逦光纤环）逡逑丨邋「■」逦Ｖ邋ｙ邋｜光电探逡逑测器逡逑，１邋，逡逑逦ｄ，器邋ｆ逦１邋ｍＴ逡逑交流Ｔz1合逦丨＇」Ｉ逦Ｉ锁定放大逡逑放大￣￣１邋（}0Ｉ逦１输出逡逑图１．１光源ＲＩＮ噪声抑制方案图逡逑逦

噪声抑制,方案图,光源,耦合器

环光纤陀螺。逡逑１９９４年Ｌｅｖｅｌ？提出了四态波调制以提高双闭环时的复位效率。同年，美国的专利逡逑５３３１４０４中提出的抑制光源ＲＩＮ噪声的方案如图１．１所示［７］，该方案的思想就是噪声相逡逑减，将耦合器未用的一端口引出，用于采集光源的ＲＩＮ噪声，然后用传感器信号与之逡逑相减达到噪声的抑制，由于传感器信号与采集的光源ＲＩＮ噪声经过的路程不同，中间逡逑多了一个光纤环，因此存在一个延时，，所以在采集光源ＲＩＮ噪声之前加入一个与干涉逡逑仪相同的光纤环，使之与传感器信号不存在延时，再通过相减抑制光源的ＲＩＮ噪声。逡逑光源邋Ｌ逡逑逦＼逦（光纤环）逡逑测器逦光纤环）逡逑丨邋「■」逦Ｖ邋ｙ邋｜光电探逡逑测器逡逑，１邋，逡逑逦ｄ，器邋ｆ逦１邋ｍＴ逡逑交流Ｔz1合逦丨＇」Ｉ逦Ｉ锁定放大逡逑放大￣￣１邋（}0Ｉ逦１输出逡逑图１．１光源ＲＩＮ噪声抑制方案图逡逑逦
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN96

【参考文献】