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            光纖陀螺技術的發展方向


            目前光纖陀螺技術的發展方向主要有三個方面:一是小型化技術。航天飛行器、空間載體和戰略、戰術武器制導系統是光纖陀螺一個重要的應用領域,在這些應用中陀螺的重量和體積受到限制,因此輕質化和小型化是對光纖陀螺的必然要求;二是多路復用技術。在姿態控制和慣性導航系統中,通常至少需要 3 個正交布置的陀螺儀來敏感不同方向上載體的角速率或角位移,通過多路復用技術可以有效降低陀螺系統的成本。三是利用電子學和信號處理技術繼續提高陀螺精度。

            受陀螺光學器件性能的限制,目前我國的光纖陀螺精度等級多集中在速率級和導航級之間,利用電子學和信號處理技術的優勢是改善陀螺性能的一項重要技術手段,是目前研究的熱點方向,同時也是本文所依托的技術手段。

            研究內容與章節安排
            本文從數字式閉環光纖陀螺的基本原理與系統結構出發,建立了陀螺系統的動態模型和隨機模型,根據模型從理論上分析了影響光纖陀螺三個關鍵技術指標(零偏穩定性、角隨機游走系數以及標度因數)的主要因素;論文主要圍繞改善光纖陀螺三個關鍵指標的相關技術開展研究工作,重點研究了標度因數溫度補償技術和噪聲抑制技術,并通過仿真和實驗驗證技術方案的有效性。論文各章節內容安排如下:

            第二章:深入分析干涉式光纖陀螺的工作原理和特點;根據其工作原理以及光纖陀螺信號的特征,建立數字閉環光纖陀螺的動態模型和隨機模型,采用數字信號仿真的方法對動態模型和五種主要噪聲類型進行仿真,通過Allan  方差分析對陀螺仿真輸出數據與真實數據進行了對比,從而驗證了光纖陀螺隨機模型的有效性。
             
            第三章:分析造成閉環光纖陀螺標度因數誤差的主要因素;對兩種標度因數誤差補償技術方案——基于方波調制增益誤差補償方案和基于四態方波調制增益誤差補償方案進行研究,并通過模型仿真的方法驗證了四態方波調制增益誤差補償方案的有效性。通過誤差補償,陀螺標度因數的非線性度有所降低。

            第四章:分析影響光纖陀螺角隨機游走系數以及信噪比的主要因素;針對陀螺光源相對強度噪聲限制信噪比提高的問題,對目前廣泛采用三種抑制相對強度噪聲的技術方案——過調制技術、光強度調制技術以及噪聲相減補償技術進行研究,并指出以上技術方案的缺陷;提出一種基于 RLS 自適應噪聲對消技術,通過仿真驗證該技術方案的有效性。通過抑制光源的相對強度噪聲,陀螺的零偏穩定性和角隨機游走系數指標有較大改善。

            第五章:針對光纖陀螺信號非線性、非平穩的特點,對比并分析不同調整步長和濾波器階數的LMS自適應濾波算法的濾波效果,指出適應光纖陀螺信號特征的LMS濾波參數的特點;由于LMS算法難以在收斂速度和失調系數取得平衡,為此提出一種基于非參數、可變步長、歸一化LMS算法的濾波方案;針對自適應濾波算法需要選擇合適參考信號的缺點,研究了基于信號本身蘊含的、反映不同時間尺度下信號局部特征的EMD濾波技術,并針對陀螺動態信號EMD分解后如何重建信號的問題,提出了基于序列均方誤差檢測的EMD濾波方法,為信號重建提供了客觀的判斷標準。通
            過對陀螺信號的濾波處理,零偏穩定性和角隨機游走系數指標得到顯著改善。
             
            第六章:對本論文的主要工作內容以及創新部分進行總結,并提出對未來工作的展望。



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