消偏型光纖陀螺儀關鍵技術研究.pdf

1、保偏技術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方案。目前，采用保偏技術的保偏型光纖陀螺已經(jīng)達到了導航級和精密級的水平，但是，在工程應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用等難題。
　　 采用消偏技術的消偏型光纖陀螺克服了保偏型光纖陀螺的弱點，促進了光纖陀螺向低成本、小型化及空間應用方向發(fā)展，但是，相對于保偏型光纖陀螺而言，消偏型光纖陀螺結構復雜，

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)導航級消偏型光纖陀螺為應用背景，把消偏型光纖陀螺的光波偏振態(tài)誤差、磁場誤差、系統(tǒng)設計及數(shù)據(jù)處理作為關鍵技術，開展研究工作：
　　 1.詳細分析波導介質及光路形狀對Sagnac效應的影響，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，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，研究Lyot消偏器的結構及消偏器的端口互易性原理。
　　 2.分析光纖環(huán)的受力特性，推導光纖環(huán)的應力雙折射并建立光纖環(huán)的應力雙折射模型，以此為基礎，量化應力對光纖環(huán)雙折射特性的影響，并優(yōu)化Lyot消偏器結構參數(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，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、光纖扭轉率等因素與磁場誤差之間的關系進行理論研究。以上述理論分析為基礎，采用微元法求取光纖環(huán)中光波在順時針方向和逆時針方向的傳輸矩陣，構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)學描述。依據(jù)光纖環(huán)的軸向排列結構，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果為理論基礎，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.把光電信號結合起來，研究消偏型光纖陀螺的系統(tǒng)結構。在光纖環(huán)繞制、Lyot消偏器結構及消偏型光纖陀螺光路結構設計方面，采取措施來優(yōu)化光路系統(tǒng)；在閉環(huán)信號處理方式、時鐘、電源、電磁兼容(EMC)等方面，采取措施來