高精度光纤陀螺仪的研究

发布时间：2020-05-16 04:08

【摘要】：基于Sagnac效应的光纤陀螺仪可以实时、高精度和自主测量角速度。自1976年第一台光纤陀螺仪的问世以来,发展迅速,其精度不断提高,在惯导等领域得到广泛应用。本研究是基于高精度光纤陀螺仪的世界时(Universal Time,UT1)精密实时测量,利用光纤陀螺仪开展的一种全新技术应用,以此来满足我们国家目前还没有独立自主的UT1测量系统这一重大战略需求。该系统的核心是研制高精度大型光纤陀螺仪,并探索光纤陀螺仪的测量极限,为UT1的高实时性和高精度测量奠定坚实基础。论文主要工作如下:首先,介绍了光纤陀螺仪的基本原理,分析了光学器件和外界环境对光纤陀螺仪性能的影响。为了满足项目的需求,设计了一套干涉型混偏高精度光纤陀螺仪的光路系统,并对实验室的温度、磁场和振动进行了测量,测量结果表明实验室可以对陀螺仪实验研究提供稳定的物理环境。其次,针对光纤环的本征频率测量,设计互相关法和方波调制法两种实验方案,测定了1.5 km且直径为11.2 cm的光纤环本征频率为65.8 kHz,两种方案测量结果一致。通过信噪比确定该系统最优调制深度,理论模拟系统最优信噪比在0.92π处,实验测得系统最优信噪比在0.9π处,相比陀螺最灵敏点0.5π处信噪比有明显提升。最后,利用噪声相减法对光源的相对强度噪声进行抑制。在简约光纤陀螺仪的结构中,增加了强度噪声抑制光路,通过对两路探测的光信号中含有相同成分的光源相对强度噪声相减以抑制光源的相对强度噪声。光源的相对强度噪声抑制后,陀螺输出信号的噪声明显下降。零偏不稳定性达到了3.6×10~(-3)°/h,其随机游走降低了32%。结合承担的项目任务,本论文设计并搭建了一套干涉型混偏的简约光纤陀螺仪实验系统,通过相对强度噪声抑制和优化光路,实验系统稳定度进入E~(-3)°/h,可以满足项目的要求。
【图文】：

螺仪是将探测到信号直接输出，具有测量范围小特点。闭引入一个和 Sagnac 相移相等的相位，，抵消 Sagnac 相移，测量范围大、精度高等优点。按偏振控制可分为：保偏型长可分为：830 nm、1310 nm 和 1550 nm。根据其精度可以分为：低端战术级，高端战术级，导航级螺仪零偏稳定性在（1.5~15°/h）主要用于姿态控制，短程端战术级光纤陀螺仪零偏稳定性在（0.015~1.5°/h），导（0.0015~0.015 °/h）用于陆地定位，导弹和空间飞行器等性在（~0.0015°/h）。精密级光纤陀螺仪一般主要用于舰密物理量的测量：1）UT1 的测量；2）精密倾斜仪；3）5）海洋防御，6）深空探测等。光纤陀螺仪根据其开放程前大部分光纤陀螺仪都用于军用方面：战机和导弹姿态，兵战车等领域。民用主要是汽车和飞机导航，桥梁测量，

2 L 8NAc λ λΔ = = Ω =8 NA 2LDkc cπ πλ λ= = 光纤总长度, D 为光纤针传播光和逆时针传光纤陀螺仪中，陀螺仪输出的光强信号来( )j t i iE t E eω = 射到光纤中的电场强传播时间, β 是光的传
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH824.3

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本文编号：2666149