四频差动激光陀螺模式损耗导致的零偏

为了进一步提高四频差动激光陀螺(DILAG)的精度,对其模式损耗导致的零偏进行了理论和实验研究。考虑气体增益介质的色散效应对环形空腔频率的修正,推导了DILAG零偏与磁场强度、氖双同位素配比、模式损耗、腔长等参量在不同工作方式下的关系式。采用腔长调谐、施加磁场、改变工作方式等方法进行了实验研究。研究结果给出了DILAG模式损耗导致的零偏的特性:通过在增益介质上施加合适的磁场可以使零偏对平均损耗和偏振差分损耗变化不敏感,但无法通过外部电子装置消除零偏对方向差损和磁圆二向色性差损的敏感性,因而只能尽量减小这两种差损的变化以减小零漂。该研究为进一步提高DILAG精度提供了参考。

基于多周期测量的四频差动激光陀螺高精度信号解调

分析了四频差动激光陀螺信号的解调原理,针对采用频率测量计数解调方法存在脉冲量化造成的角速度测量分辨率低的问题,改用多周期测量来代替频率测量,大大提高了四频差动激光陀螺信号的解调精度。通过数字滤波器滤波处理,可以减少随机噪声干扰,进一步提高精度。为满足实时性要求,该方法采用FPGA来实现。实验表明,此方法提高了四频差动激光陀螺角速度测量分辨率,为快速高精度方位自对准奠定了基础。

四频差动激光陀螺的零漂敏感性

腔长、磁场、增益、腔损等因素的变化是四频差动激光陀螺零漂的重要来源,为了提高陀螺精度,研究了零漂随这些因素的变化关系。首先固定谐振腔周长、互易偏频、法拉第偏频、腔损、峰值增益、多普勒加宽、气压、氖同位素比例,利用自洽方程组仿真了零漂随失谐频率和磁场的变化规律。然后分别改变谐振腔周长等8个参量,对零漂随失谐频率和磁场的变化规律进行了数值仿真。最后,对仿真结果进行了实验验证。结果表明:在最佳失谐频率下和/或最佳磁场下零漂为零,而且对不同谐振腔参量和增益气体参量的陀螺均有此规律。因此,通过控制陀螺的工作点能够消除磁场变化导致的零漂,通过外加磁场能够消除腔长变动导致的零漂,采取这两种控制之一即可消除偏频、腔损、增益、气压变化导致的零漂。

四频差动激光陀螺随机误差建模与滤波研究

根据四频差动激光陀螺随机误差的特性,对实验采集的某型四频差动激光陀螺的静态输出数据,使用p阶自回归q阶滑动平均模型(ARMA(p,q))进行分析,并采用BIC准则确定模型的阶数。基于建立的ARMA(p,q)模型,使用卡尔曼滤波对四频差动激光陀螺的静态输出数据进行滤波处理,检验结果表明,该方法能明显减小四频差动激光陀螺的随机误差。

四频差动激光陀螺的热效应浅述与其温度分布的测试

本文简要分析了四频差动激光陀螺开机后热场的变化对零漂的影响 (即陀螺的热效应 ) ,提出了一些克服热效应的方法 ,并测量了陀螺热场。

四频差动激光陀螺腔长敏感性的研究

为了改善四频差动激光陀螺的性能,研究了腔长敏感性随温度和工作电流变化的规律。利用气体激光器模牵引效应的经典公式,推导了四频差动激光陀螺腔长敏感性的表达式。通过扫模实验研究了腔长敏感性与温度、放电电流的关系。实验结果表明:温度越高,腔长敏感性越小;放电电流越小,腔长敏感性越小。因此采取较小的放电电流可降低四频差动激光陀螺的腔长敏感性,降低稳频误差的影响。

温度对四频差动激光陀螺零偏的影响机理

讨论了四频差动激光陀螺温变零偏的产生机理,分析了四频差动激光陀螺工作时的热源及其对陀螺在不同工作阶段的影响,实验证明了温度变化时和频和差频的强烈相关性;通过实验分析了陀螺各部分温度变化对和频和零偏的影响,研究了水晶片在温度变化时的物理性质变化,并定量计算了由其产生的广义法拉第偏频、顺逆时针偏振光差损和左右旋偏振光差损的变化对温变零偏的影响大小,结果表明:顺逆时针偏振光差损和左右旋偏振光差损对和频、差频的不同作用机理使得和频与差频的相关性变差,导致采用以和频为基准对陀螺差频进行补偿的方法具有一定的局限性,从而提出了提高以和频为基准的温补精度的措施。

非平面腔四频差动激光陀螺的温度补偿(英文)

为了减小温度对非平面腔四频差动激光陀螺的影响,对不同变温条件下的补偿模型进行了研究。首先进行了静态温度实验,补偿后零偏的标准差为0.01(°)/h。然后进行了1℃/min高低温循环、1℃/min-5℃/min随机变温和急剧升降温三种条件下的动态变温实验,分别建立了三个温度补偿模型A、B、C。前两种变温条件下的零漂能够得到较好的补偿,但急剧升降温时尽管陀螺体实际温度变化不大,补偿效果却最差。在上述三个补偿模型中,温度变化率所起作用从A-C越来越大,表明变温速度越快,陀螺体温度不平衡越大,增大了补偿难度。因此,为了增强补偿效果,除了减小陀螺本体的温度敏感性外,还要尽量减小变温过程中陀螺体上的温度梯度。

石英晶体温度效应对四频差动激光陀螺中光场偏振特性的影响

为研究石英晶体温度效应对四频差动激光陀螺的影响,从陀螺的自再现传播矩阵出发,结合石英晶体旋光率随温度变化的经验公式,利用琼斯矩阵求本征模的方法,得出了四频差动激光陀螺腔内光场本征偏振态与温度的关系并进行了数值分析,得到椭圆度和左右旋差损随温度变化的曲线。结果表明,石英晶体温度效应对偏振特性的影响与反射镜片的振幅反射率和反射相移有密切关系,对于典型陀螺参量,在-60℃-60℃范围内石英晶体温度效应导致左右旋差损从0增加至1-0 6量级,椭圆度从0.122增至0.138。

差分损耗对四频差动激光陀螺零漂的影响

为了减小差分损耗对四频差动激光陀螺性能的影响,根据气体激光的半经典理论,采用数值仿真的方法,对差分损耗所导致的零漂进行了理论分析。四频差动激光陀螺中4个模式由于偏振态、运行方向的不同而具有不同的单程损耗。激发模的光强和频率与单程损耗有关,差损的影响如不能在差频中抵消就导致零漂。计算了失谐频率、磁场、腔长、互易偏频、法拉第偏频、多普勒加宽和气压对3种差损系数的影响,讨论了气压和气比对差损系数的影响。结果表明,偏振差损的影响可以通过施加磁场消除,而方向和磁圆二向色性差损无法通过改变磁场和失谐频率消除;改变气压和氖同位素比例可以改变各差损系数,除了减小差损本身外,优化增益气体对减小差损零漂也有一定的作用。

四频差动激光陀螺中的粒子数脉动效应

为研究激光陀螺精细模耦合作用,考虑了增益介质中的粒子数脉动效应。从激光器物理原理出发,分析了粒子数脉动效应的产生机制,结合四频差动激光陀螺特点,得出粒子数脉动效应是一种精细模耦合效应,不同激光模式间的拍频使增益介质中粒子数布居差产生调制,进而对模耦合产生影响。数值计算了粒子数脉动在耦合效应中的大小。计算结果表明:粒子数脉动效应和其他耦合效应随腔频变化基本一致,在大多数腔频范围内数值较小,为其他耦合效应的4%以下;在某些腔频范围(如0.37<ξ<0.46,0.02<ξ<0.06,0.86<ξ<0.88)有较大数值,为其他耦合效应的80%以上,在激光陀螺的模耦合分析中不可忽略。

四频差动激光陀螺小抖动稳频工作模式判别技术研究

为避免传统光强差稳频方式的缺陷,提出了四频差动激光陀螺小抖动稳频方法。从四频陀螺工作原理出发,分析了小抖动稳频的可行性,其中工作模式判别问题是技术难点。提出三种解决方法:改变左右旋模频率间隔、光强差稳频方式的扫模电路结合、根据陀螺零漂数据来判别,为进一步研究提供了参考。

AD7656在四频差动激光陀螺信号检测系统中的应用

为实现四频差动激光陀螺的稳频控制等功能,需要快速精确测量陀螺的光强、电流和温度信号。使用单片6通道、16位AD转换芯片AD7656,与高性能DSP芯片TMS320F2812设计而成的检测系统,解决了XINTF接口数据传输等问题,并采用均值滤波方法,能有效、实时、精确地采样四频差动激光陀螺各种信号,大大降低陀螺测量控制电路的功率和体积。在10 kHz的采样率下,系统测量信号精度可达10^(-4)量级。电路能够长期稳定工作,满足对陀螺信号的测量要求,达到预期目标。

四频差动激光陀螺减小磁效应的新方法

四频差动激光陀螺的磁效应是制约其精度提高的重要误差源之一。从四频陀螺工作原理出发,分析其物理机制,提出一种减小磁效应的新方法。基于光强差稳频思想,通过改变稳频判定标准,选择最佳稳频点;同时采取针对性措施,确保陀螺相关参量特别是总光强的稳定性。实验结果验证了此方法的有效性,对研究者有一定参考意义。

四频差动激光陀螺第二类色散平衡技术研究

磁效应误差是四频陀螺的一项重要误差源,而第二类色散平衡能从根源上减小磁敏感度。从近独立双陀螺模型出发,分析了第二类色散平衡的原理,设计了标定方案和更新算法,并搭建了实验系统。实验结果表明:采用稳光强技术有利于保证第二类色散平衡效果的稳定性。若结合200倍的磁屏蔽技术,第二类色散平衡标定后可使室温下四频陀螺的长期磁敏感度降低至0.0000975°/h/Gauss;温度从-40℃～60℃之间,磁敏感度变化约0.00645°/h/Gauss。实验验证了更新算法的可行性和所受的时间制约。

基于四频差动激光陀螺/星敏感器的卫星定姿算法

为了得到更高分辨率的对地观测图像,就得获得比现阶段更高精度的卫星姿态,因此必须解决卫星高频抖动的测量与处理问题。四频差动激光陀螺具有测量卫星高频抖动和低频抖动的全频带测量能力。结合星敏感器测量精度高的优点,提出了四频差动激光陀螺与星敏感器的联合定姿方案。推导了联合定姿方案中的卡尔曼滤波模型,并使用该模型,对四频差动激光陀螺和星敏感器测量的数据进行融合滤波。仿真结果表明,该联合定姿方案实现了宽频带的卫星微振动测量,从而能获得更高精度的卫星姿态。

热传递对异面腔四频差动激光陀螺温度漂移补偿的影响

为了减小四频激光陀螺零漂的温度敏感性,对数学补偿模型和安装结构热设计进行了研究。通过高低温实验研究了四频激光陀螺零漂与温度的关系。第一次采用普通铜支架将四频激光陀螺固定在屏蔽盒内,由于两放电支路的温度变化不对称,温度变化率是数学补偿模型的显著项。第二次设计了专用铜支架,使两放电支路的温度对称地变化,因而温度变化率在数学补偿模型中的重要性大大降低。改进支架之后,补偿后的零漂残差从0.018 Hz降低到0.01 Hz,即便采用温度多项式补偿模型也能达到0.012 Hz。这些结果表明:在设计四频激光陀螺系统时,安装结构热设计能够提高数学模型补偿的效果,温度补偿是提高四频激光陀螺的精度的有效方法,在-40~60°C温度范围内补偿后的百秒标准差达到0.013/((°)·h)。

四频差动激光陀螺三种误差模型对寻北精度的影响

分析了四频差动激光陀螺漂移信号的特性,将陀螺输出的漂移误差信号分为常值漂移误差和随时间变化的一次项、二次项漂移误差,并据此建立陀螺漂移误差模型,分别对陀螺漂移进行零次拟合、一次拟合及二次拟合。针对这些模型结合寻北推导了误差的补偿算法,并通过寻北实验精度比较,验证了不同误差模型的补偿效果。实验结果表明,就本文实验所用陀螺,含二次项误差的模型寻北精度较高,使寻北精度从零次拟合模型的1密位降低到0．5密位。

四频差动激光陀螺中水晶片在应力作用下的光学性质

建立了四频差动激光陀螺水晶片弹光效应和旋光性交互作用的理论模型,并指出了该模型的求解方法和步骤。首先,计算在应力作用下新旧主轴坐标系的变换矩阵以及在新主轴坐标系中水晶片的逆介电张量和旋光张量,然后计算实验室坐标系与新主轴坐标系之间的变换矩阵,求出实验室坐标系下水晶片的逆介电张量和旋光张量,根据水晶片的简正模方程和物质方程就可以求出其应力作用下沿波矢方向的简正模和相应的折射率。通过数值实例计算了四频差动激光陀螺中波矢与主轴不同位置关系时水晶片在波矢方向简正模椭圆度和相应折射率随应力的变化,对分析四频差动陀螺温变零漂的产生机理和水晶片的安装具有一定的指导意义。

四频差动激光陀螺

四频差动激光陀螺国防科技大学二系二Ｏ八室研制并小批量生产的四频差动激光陀螺原理先进，抗恶劣环境能力强，动态范围大，是捷联惯导系统的理想部件。目前能提供应用的陀螺主要技术指标如下：·零偏稳定性０．１°／ｈ·随机游走０．００５°／ｈ１／２·动态范围０．０...