干涉式光纖陀螺的動(dòng)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(diǎn)，被應(yīng)用于越來(lái)越多的場(chǎng)合。但是當(dāng)外界環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，光纖陀螺儀的標(biāo)度因數(shù)，零偏和其它一些性能指標(biāo)會(huì)受到影響，導(dǎo)致光纖陀螺儀的精度下降。溫度變化對(duì)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(chǎng)的變化上。因此，有必要對(duì)其在溫度變化過(guò)程中的漂移特性進(jìn)行研究，進(jìn)一步補(bǔ)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(yīng)用廣泛并且技術(shù)成熟的基于sagnac效應(yīng)的數(shù)字閉環(huán)干涉式光纖陀螺儀。首先針對(duì)這種光纖陀螺儀的典型結(jié)構(gòu)、工作原理和主要性能指標(biāo)進(jìn)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(shè)定仿真參數(shù)、設(shè)計(jì)溫度實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。此外，對(duì)光纖陀螺儀的主要誤差效應(yīng)進(jìn)行研究，著重分析溫度引起的各項(xiàng)誤差。溫度會(huì)對(duì)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(cè)器、光電耦合器和Y波導(dǎo)等，其誤差機(jī)理也不盡相同，有必要對(duì)

3、其進(jìn)行理論分析，建模和實(shí)驗(yàn)研究。本文對(duì)光纖陀螺儀的主要溫度效應(yīng)進(jìn)行了仿真研究，并且使用matlab和simulink對(duì)光纖環(huán)熱相位噪聲和探測(cè)器熱噪聲進(jìn)行了仿真。
　　 Shupe效應(yīng)是與溫度變化率和溫度梯度場(chǎng)變化密切相關(guān)的溫度效應(yīng)，它會(huì)引起陀螺儀輸出隨溫度變化產(chǎn)生常值漂移，本文對(duì)shupe效應(yīng)的機(jī)理和光纖環(huán)繞制方法進(jìn)行了討論，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出光纖環(huán)的溫度梯度場(chǎng)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(guò)

4、程的情況下就可以計(jì)算出光纖環(huán)內(nèi)部溫度梯度場(chǎng)分布的變化，并且，模型是關(guān)于時(shí)間和空間的離散表達(dá)式，數(shù)學(xué)形式簡(jiǎn)便，適合數(shù)字遞推計(jì)算和仿真。本文還使用s函數(shù)對(duì)光纖環(huán)溫度梯度場(chǎng)和shupe效應(yīng)進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)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(shì)變化，所產(chǎn)生的shupe效應(yīng)與光纖環(huán)的熱物性參數(shù)和幾何參數(shù)有關(guān)，與溫度變化率呈近似線性的關(guān)系。
　　 實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)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(chǔ)，從光纖陀螺儀輸出的動(dòng)態(tài)溫度特性出發(fā)，參照GJB2426A-2004針對(duì)某型號(hào)光纖陀螺儀進(jìn)行一系列靜態(tài)和動(dòng)態(tài)溫度測(cè)試，通過(guò)6組變溫零偏實(shí)驗(yàn)研究溫度變化過(guò)程和陀螺儀零偏之間的規(guī)律，并驗(yàn)證shupe效應(yīng)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(hào)中提取有用的零偏常值漂移分量，本文采用了daubechies2小波對(duì)光纖陀螺儀輸出信號(hào)進(jìn)行逐尺度分解并檢驗(yàn)殘差穩(wěn)定性的方法來(lái)分離輸出中的漂移和噪聲。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，光纖陀螺儀