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(hào)衰減和非互易性偏振誤差問(wèn)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(jí)和精密級(jí)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(duì)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(chǎng)誤差等誤差因素。本文以研制開(kāi)發(fā)導(dǎo)航級(jí)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(chǎng)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(kāi)展研究工作：
　　 1.詳細(xì)分析波導(dǎo)介質(zhì)及光路形狀對(duì)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(cè)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(lái)探討兩種光源不同的光譜特性對(duì)相干性的影響，并針對(duì)

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(duì)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(guò)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(hào)的功率穩(wěn)定性、波長(zhǎng)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(chǎng)偏置相位誤差模型，對(duì)光纖陀螺中光纖長(zhǎng)度、光纖扭轉(zhuǎn)率等因素與磁場(chǎng)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?lè)较蚝湍鏁r(shí)針?lè)较虻膫鬏斁仃嚕瑯?gòu)建消偏型光纖陀螺的徑向磁場(chǎng)誤差模型，得出消偏型光纖陀螺中徑向磁場(chǎng)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(kāi)法，建立

5、消偏型光纖陀螺的軸向磁場(chǎng)誤差模型，并量化消偏型光纖陀螺中軸向磁場(chǎng)相位漂移。以上述徑向磁場(chǎng)誤差及軸向磁場(chǎng)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(chǎng)誤差因素，提出降低消偏型光纖陀螺對(duì)磁場(chǎng)環(huán)境敏感性的具體措施。
　　 4.把光電信號(hào)結(jié)合起來(lái)，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(lái)優(yōu)化光路系統(tǒng)；在閉環(huán)信號(hào)處理方式、時(shí)鐘、電源、電磁兼容(EMC)等方面，采取措施來(lái)