干涉式光纖陀螺的動態(tài)溫度漂移特性研究.pdf

1、作為一種新型的全固態(tài)慣性儀表，光纖陀螺儀具有諸多優(yōu)點，被應用于越來越多的場合。但是當外界環(huán)境溫度發(fā)生變化時，光纖陀螺儀的標度因數(shù)，零偏和其它一些性能指標會受到影響，導致光纖陀螺儀的精度下降。溫度變化對光纖陀螺儀的影響不僅體現(xiàn)在溫度本身，也體現(xiàn)在溫度變化率和溫度梯度場的變化上。因此，有必要對其在溫度變化過程中的漂移特性進行研究，進一步補償溫度變化所帶米的誤差。
　　 光纖陀螺儀按照原理分為三種類型，干涉式光纖陀螺儀、諧振式光纖陀螺

2、儀和布里淵散射式光纖陀螺儀。本文僅研究應用廣泛并且技術成熟的基于sagnac效應的數(shù)字閉環(huán)干涉式光纖陀螺儀。首先針對這種光纖陀螺儀的典型結構、工作原理和主要性能指標進行了分析。掌握光纖陀螺儀的基本原理以及性能參數(shù)是設定仿真參數(shù)、設計溫度實驗的基礎。此外，對光纖陀螺儀的主要誤差效應進行研究，著重分析溫度引起的各項誤差。溫度會對光纖陀螺儀諸多組件的性能產(chǎn)生影響，如光源、光纖環(huán)、光電探測器、光電耦合器和Y波導等，其誤差機理也不盡相同，有必要對

3、其進行理論分析，建模和實驗研究。本文對光纖陀螺儀的主要溫度效應進行了仿真研究，并且使用matlab和simulink對光纖環(huán)熱相位噪聲和探測器熱噪聲進行了仿真。
　　 Shupe效應是與溫度變化率和溫度梯度場變化密切相關的溫度效應，它會引起陀螺儀輸出隨溫度變化產(chǎn)生常值漂移，本文對shupe效應的機理和光纖環(huán)繞制方法進行了討論，在此基礎上推導出光纖環(huán)的溫度梯度場分布模型，以及各繞法的殘余溫度誤差。該模型在已知光纖環(huán)內(nèi)外層溫度變化過

4、程的情況下就可以計算出光纖環(huán)內(nèi)部溫度梯度場分布的變化，并且，模型是關于時間和空間的離散表達式，數(shù)學形式簡便，適合數(shù)字遞推計算和仿真。本文還使用s函數(shù)對光纖環(huán)溫度梯度場和shupe效應進行了仿真，仿真結果表明在不同的變溫環(huán)境中，光纖環(huán)各層的溫度梯度分布跟隨光纖環(huán)內(nèi)外層溫度的變化呈近似的趨勢變化，所產(chǎn)生的shupe效應與光纖環(huán)的熱物性參數(shù)和幾何參數(shù)有關，與溫度變化率呈近似線性的關系。
　　 實驗是驗證模型有效性的直接手段，本文以理論

5、分析和仿真為基礎，從光纖陀螺儀輸出的動態(tài)溫度特性出發(fā)，參照GJB2426A-2004針對某型號光纖陀螺儀進行一系列靜態(tài)和動態(tài)溫度測試，通過6組變溫零偏實驗研究溫度變化過程和陀螺儀零偏之間的規(guī)律，并驗證shupe效應仿真模型的有效性。為了從包含豐富噪聲的陀螺儀輸出信號中提取有用的零偏常值漂移分量，本文采用了daubechies2小波對光纖陀螺儀輸出信號進行逐尺度分解并檢驗殘差穩(wěn)定性的方法來分離輸出中的漂移和噪聲。實驗的結果表明，光纖陀螺儀