消偏型光纖陀螺儀關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、保偏技術(shù)解決了光纖陀螺面臨的信號衰減和非互易性偏振誤差問題，成為光纖陀螺的主要技術(shù)方案。目前，采用保偏技術(shù)的保偏型光纖陀螺已經(jīng)達(dá)到了導(dǎo)航級和精密級的水平，但是，在工程應(yīng)用方面仍存在成本高不利于批量化生產(chǎn)、彎曲損耗大不利于小型化、抗輻射能力弱不利于空間應(yīng)用等難題。
　　 采用消偏技術(shù)的消偏型光纖陀螺克服了保偏型光纖陀螺的弱點(diǎn)，促進(jìn)了光纖陀螺向低成本、小型化及空間應(yīng)用方向發(fā)展，但是，相對于保偏型光纖陀螺而言，消偏型光纖陀螺結(jié)構(gòu)復(fù)雜，

2、存在較明顯的偏振誤差、磁場誤差等誤差因素。本文以研制開發(fā)導(dǎo)航級消偏型光纖陀螺為應(yīng)用背景，把消偏型光纖陀螺的光波偏振態(tài)誤差、磁場誤差、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理作為關(guān)鍵技術(shù)，開展研究工作：
　　 1.詳細(xì)分析波導(dǎo)介質(zhì)及光路形狀對Sagnac效應(yīng)的影響，闡述數(shù)字閉環(huán)光纖陀螺中Sagnac相位的檢測方法及相關(guān)的光波相干性理論、光波互易性理論、光波偏振態(tài)理論，以上述理論為基礎(chǔ)，采用功率譜密度方法來探討兩種光源不同的光譜特性對相干性的影響，并針對

3、消偏型光纖陀螺中光波偏振態(tài)的特點(diǎn)，研究Lyot消偏器的結(jié)構(gòu)及消偏器的端口互易性原理。
　　 2.分析光纖環(huán)的受力特性，推導(dǎo)光纖環(huán)的應(yīng)力雙折射并建立光纖環(huán)的應(yīng)力雙折射模型，以此為基礎(chǔ)，量化應(yīng)力對光纖環(huán)雙折射特性的影響，并優(yōu)化Lyot消偏器結(jié)構(gòu)參數(shù)。采用斯托克斯參量、龐加萊球及Jones矩陣分析消偏型光纖陀螺的光波偏振態(tài)，描述去偏振光波的傳播過程，建立消偏型光纖陀螺的非互易性偏振相位誤差模型，以該模型為基礎(chǔ)，研究消偏型光纖陀螺中偏振

4、相位誤差的抑制方法及光波干涉信號的功率穩(wěn)定性、波長穩(wěn)定性，提出解決辦法。
　　 3.采用Jones矩陣建立光纖陀螺的磁場偏置相位誤差模型，對光纖陀螺中光纖長度、光纖扭轉(zhuǎn)率等因素與磁場誤差之間的關(guān)系進(jìn)行理論研究。以上述理論分析為基礎(chǔ)，采用微元法求取光纖環(huán)中光波在順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向的傳輸矩陣，構(gòu)建消偏型光纖陀螺的徑向磁場誤差模型，得出消偏型光纖陀螺中徑向磁場相位漂移的數(shù)學(xué)描述。依據(jù)光纖環(huán)的軸向排列結(jié)構(gòu)，提出采用螺旋角展開法，建立

5、消偏型光纖陀螺的軸向磁場誤差模型，并量化消偏型光纖陀螺中軸向磁場相位漂移。以上述徑向磁場誤差及軸向磁場誤差的量化結(jié)果為理論基礎(chǔ)，分析消偏型光纖陀螺的磁場誤差因素，提出降低消偏型光纖陀螺對磁場環(huán)境敏感性的具體措施。
　　 4.把光電信號結(jié)合起來，研究消偏型光纖陀螺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在光纖環(huán)繞制、Lyot消偏器結(jié)構(gòu)及消偏型光纖陀螺光路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，采取措施來優(yōu)化光路系統(tǒng)；在閉環(huán)信號處理方式、時(shí)鐘、電源、電磁兼容(EMC)等方面，采取措施來