Polarization properties in a prism laser gyro with mechanical dither bias

Theoretical analysis and experimental research on the polarization properties of output light in gyro are carried out to investigate the phenomenon that the amplitude of an output voltage signal is modulated by dither bias in laser gyros consisting of totally reflecting prisms. Taking the effect of prism stress birefringence into account, an analytical formula of the output light intensity in the gyro and the relationship between the polarization parameter and the amplitude modulation of the output signal are obtained and discussed. For the first time, the polarized power value of the output light is adopted as a basis to estimate the output signal amplitude fading extent of laser gyros. Experimental results demonstrate that when the value of polarized power of output light is below 25.5% of that in ideal static case, the standard error is over 0.0337 dBm, and the displacement extent of the prism is higher than 53% of the radius of the beam waist in the gyro cavity, the amplitude modulation extent of gyro output signal can reach up to 16%, which badly influences the measurement accuracy of the laser gyro. Using this polarized power detecting measurement method can repair the gyro immediately during its fabrication process, improve the testing and production efficiency and shorten the product development cycle.

一种棱镜式激光陀螺跳模特性研究

针对棱镜式激光陀螺跳模过程性能较差的现象,系统研究了棱镜式激光陀螺的跳模特性。建立了稳频执行机构的数学模型,理论分析了整个跳模过程,给出了跳模电压增量与温度及跳模起始电压的函数关系,消除了跳模过程脉冲数波动大的现象。进一步研究了棱镜式激光陀螺的开闭环扫模特性,实验结果表明,合光限模较浅会引起双纵模竞争从而导致陀螺跳模跳数。在不改变谐振腔合光限模参数的前提下,调整光强参考电压或反馈回路前置放大增益的方法可以使开闭环扫模特性合适,避免陀螺跳模跳数。此分析结果可以改善陀螺精度,减少谐振腔返修率,提高陀螺生产效率。

棱镜式激光陀螺稳频伺服系统优化分析

基于对某型棱镜式激光陀螺稳频伺服系统工作原理和该系统实际工作情况的分析,建立了该陀螺稳频过程的物理模型。采用有限元分析法模拟获得跳模控制过程中谐振腔温度梯度场分布随稳频控制时间的变化规律,进而推导出谐振腔纵模跳变次数与系统控制参数的关系,得到一组针对跳模控制的系统优化控制参数。通过衡量陀螺测角速度精度的方式,进行实验验证,实验结果与模拟结果一致性较好。该研究对保证这种激光陀螺稳频系统的稳定工作以及提高数字化稳频回路的控制精度有参考价值。

棱镜式激光陀螺锁区特性分析及误差角补偿

针对棱镜式激光陀螺锁区误差不能完全消除的现象,首先,从理论上分析了棱镜式激光陀螺的锁区特性,通过实验测试及最小二乘拟合得到了闭锁阈值与温度的抛物线特性,进而利用二次函数描述激光陀螺零速率点输出相位的方法及菲涅尔积分公式,详细推导出了锁区误差角与零速率点相位、零速率点相位加速度及闭锁阈值的函数关系,从而得到了锁区误差的补偿模型。仿真结果表明,机抖加噪和锁区误差补偿后误差角均在零附近波动,锁区误差补偿后误差角比机抖加噪后减小一个数量级。对某高精度棱镜式激光陀螺进行实验,结果表明,与机抖加噪相比较,锁区误差补偿后陀螺性能提高40%以上,体现了该模型的有效性。

全反射棱镜式激光陀螺腔长控制过程研究

针对全反射棱镜式激光陀螺采取的加热腔道气体控制腔长的原理,利用建模软件PRO-E建立分析模型,有限元分析软件Ansys对跳模过程进行热分析,发现并总结影响全反射棱镜式激光陀螺稳定单模工作的因素,并对减少跳模时间和提高加热效率提出了建议。

棱镜式激光陀螺零偏补偿方法

提出了基于静、动温变结合棱镜式激光陀螺零偏补偿方法。考虑到棱镜式激光陀螺信号存在噪声信号,对棱镜式激光陀螺零偏的估计与补偿存在负面影响,采用基于二代小波提升算法改进激光陀螺信号的滤波算法,将棱镜式激光陀螺信号实施分解并重构,完成棱镜式激光陀螺信号重构滤波;对滤波后信号使用棱镜式激光陀螺零偏补偿模型,在静态温变、动态温变环境中,估计棱镜式激光陀螺零偏值并对此进行补偿。研究结果表明:在不同温度环境中,该方法对棱镜式激光陀螺零偏补偿后,激光陀螺信号稳定性得以优化,棱镜的瞄准精度大于99%。

棱镜式激光陀螺输出信号的小波滤波方法研究

二频机抖激光陀螺仪采用抖动偏频方法消除静态锁区,通过对机抖幅度加噪克服动态锁区,于是陀螺输出信号中不仅包含外界输入的有用角速率信息,也包含了抖动信号和各种高频噪声,应用前必须有效地去除抖动信号和各种高频噪声。采用小波域阈值滤波方法中的软阈值滤波对某棱镜式激光陀螺的输出信号进行了去噪,选用Daubechies小波函数作为小波基,以经验公式得到的阈值进行软阈值去噪处理,分别用db1~db10小波对信号进行6尺度分解滤波,发现采用db10小波对机抖激光陀螺输出信号的滤波效果最优,为工程应用提供了参考。

棱镜式激光陀螺多温度点的零偏补偿方法

棱镜式激光陀螺的光路与反射镜式激光陀螺的光路不同,有较长的光路在棱镜中通过,其零偏受温度影响较大。文中分析了棱镜式激光陀螺的零偏温度特性,研究了零偏与温度、温度变化率和温度梯度的相关关系。建立了复杂温变环境下多温度点的二阶动态温度模型,优化出对陀螺零偏贡献最大的两个温度检测点,并对随机温变数据进行补偿。结果表明,多温度点的二阶动态温度模型能很好地补偿复杂温变引入的零偏变化,使零偏稳定性提高60%以上。

全反射棱镜式激光陀螺温度误差标定及参数辨识方法研究

全反射棱镜式激光陀螺的光路与传统镀膜反射式激光陀螺的光路不同,有较长的光路在棱镜中通过,温度的变化是影响其输出精度的一个重要因素。研究了变化的物理场下,温度、温度变化率和温度梯度对激光陀螺的影响机理,推导了温度变化条件下激光陀螺的零偏二阶模型,刻度系数的三阶模型,设计了激光陀螺的温度误差标定方案,并进行了试验。采用逐步回归分析法和BP神经网络两种方法对温度误差模型参数进行了辨识,通过温度误差补偿结果证明了两种方法的有效性。

棱镜激光陀螺数字稳光强稳腔长控制系统

棱镜式激光陀螺的稳频原理不同于反射镜式激光陀螺,为了克服棱镜式激光陀螺原模拟控制系统的缺点,提出了一种棱镜式激光陀螺数字化稳光强稳腔长控制系统的方案,在理论分析的基础上,设计并制作了基于FPGA与单片机的数字式控制电路,同时编写了相应的控制程序。仿真和实验证明该数字式稳光强稳腔长控制方案能很好满足激光陀螺光强和腔长控制要求,且优于传统的模拟控制方式。最后指出了实现棱镜激光陀螺数字化控制的优势,如体积小、稳定性高等。

机械抖动棱镜式激光陀螺出射光强度特性

针对棱镜式激光陀螺在抖动状态下出射光强度被调制的现象,系统地研究了机械抖动对棱镜式激光陀螺中光传输轨迹和光电探测器的影响机理.在对现有棱镜式激光陀螺性能进行分析的基础上,应用数值模拟和有限元分析方法,将对称型全反射棱镜纳入四棱镜陀螺的结构设计方案,并给出了由机械抖动引起的应力双折射和光电探测器位置偏移与出射光强度的一般关系.结果表明,机械抖动会使棱镜产生应力双折射,使激光光路发生改变,同时造成光电探测器与出射光束产生相对位移,导致出射光强度幅值产生调制.使用全对称型的陀螺结构,选取具有合适折射率的对称型棱镜,减小探测器与出射光斑中心的相对位移,可以将出射光强度调制幅值相比原先减小52.63%以上,显著地改善出射光强度被调制的现象.此分析结果为提高激光陀螺的可靠性提供了重要参考.

全反射棱镜式激光陀螺双纵模稳频技术

针对全反射棱镜式激光陀螺在单纵模稳频条件下纵模调制信号存在盲区的现象,研究了全反射棱镜式激光陀螺双纵模稳频技术。理论分析了功率调谐曲线的特征,获得了双纵模条件下小抖动调制信号的幅度及相位特性,提出了双纵模稳频控制方案,通过软硬件电路设计,搭建了全反射棱镜式激光陀螺双纵模稳频控制系统。在定温和变温环境下,分别对单纵模稳频与双纵模稳频进行了实验测试。实验结果表明,与单纵模稳频控制方法相比,双纵模稳频技术在稳频精度上提高了60%,陀螺精度也得到了相应的提高。

全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频技术

针对全反射棱镜式激光陀螺在稳频过程中相敏信号易受噪声干扰的现象,研究了全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频技术。理论分析了全反射棱镜式激光陀螺的稳频特性,结合自适应噪声对消原理,建立了全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频系统的数学模型。通过硬件电路设计,搭建了基于递归最小二乘算法的自适应稳频控制系统。分别对原有稳频技术与自适应稳频技术进行了实验测试,实验结果表明,自适应稳频能有效消除噪声对相敏信号的干扰,稳频精度提高了近一个数量级,陀螺精度相应提高了60%以上。此分析结果为提高全反射棱镜式激光陀螺的性能提供了重要参考。

棱镜式激光陀螺稳频控制系统优化

针对棱镜式激光陀螺稳频精度较低的现象,系统地研究了棱镜式激光陀螺稳频控制系统特性。理论分析了光强调谐曲线及稳频执行机构的特征,建立了棱镜式激光陀螺稳频控制系统数学模型。进一步分析了系统稳态性能及动态性能,分析结果表明,系统在定温及慢变温作用下具有不同程度的稳态误差且调节时间过长,从而导致稳频精度下降。优化控制器参数使二阶系统具有最佳阻尼比及快速性,采用按温度补偿的前馈控制系统,实现了对温度所引起的稳频误差的全补偿,提高了系统的稳频精度。实验结果表明,优化后的稳频控制系统比原稳频控制系统的稳频精度提高一个数量级,陀螺精度提高30%以上。

全反射棱镜式激光陀螺稳频特性研究

针对全反射棱镜式激光陀螺在跳模前后性能下降的现象,系统地研究了全反射棱镜式激光陀螺稳频特性。在对小抖动调制下光强调谐特性和稳频伺服部件理论分析的基础上,建立了全反射棱镜式激光陀螺稳频系统数学模型。给出了稳频精度与加热器电压和环境温升的一般关系及最佳跳模门限的理论计算公式。分析结果表明,环境温升速率的增大和加热器电压的降低会导致稳频性能下降,最佳跳模门限随环境温度的升高而增大,在全温范围内固定跳模门限会导致跳模后稳频性能衰减。采用变增益Ⅱ型系统稳频与最佳跳模门限设置,可以有效消除在跳模前后陀螺性能下降的现象,陀螺精度相应提高了40%以上。此分析结果为提高全反射棱镜式激光陀螺的性能提供了重要参考。

基于Matlab的激光器稳频控制系统仿真与研究

在全反射棱镜式激光陀螺中,环形激光器的稳频精度直接影响陀螺的工作精度。依据控制系统理论,建立了棱镜式激光陀螺稳频控制系统传递函数。用实验测试的方法,建立了环形激光器在稳频控制系统中等效数学模型,通过理论分析和MATLAB仿真,能准确地评估激光陀螺的稳频控制系统的性能,为系统设计提供了理论依据,提高了陀螺性能和调试效率。

一种棱镜式激光陀螺光强控制系统研究

激光陀螺设计时均采用光强控制系统和程长控制系统。依据控制系统理论,建立了棱镜式激光陀螺光强控制系统传递函数。用实验测试的方法建立了环形激光器在光强控制系统中的等效数学模型,通过理论分析和Matlab仿真,能够准确评估激光陀螺光强控制系统的性能,为系统设计提供了理论依据,提高了陀螺性能和调试效率。