發(fā)布時(shí)間：2017-12-29 20:13

  本文關(guān)鍵詞：諧振式光學(xué)陀螺的關(guān)鍵技術(shù)研究　出處：《北京理工大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：諧振式光學(xué)陀螺(Resonator Optic Gyro,ROG)是一種高精度慣性器件,其基本原理是通過(guò)檢測(cè)由Sagnac效應(yīng)引起的腔內(nèi)相向傳輸光束的諧振頻差來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)角速率的檢測(cè)。高品質(zhì)因數(shù)光學(xué)微諧振腔作為ROG系統(tǒng)的核心敏感單元,其性能參量直接影響著陀螺的靈敏度,對(duì)實(shí)現(xiàn)高精度陀螺至關(guān)重要,為滿足慣性測(cè)量系統(tǒng)小型化需求,微諧振腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。由于Sagnac的微弱效應(yīng),其產(chǎn)生的頻差極其微小,且受光路中背向散射噪聲、非互易性噪聲、偏振噪聲、Kerr效應(yīng)等因素的影響,導(dǎo)致頻差輸出的信噪比較低,因此,微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)是陀螺信號(hào)提取的關(guān)鍵。本文針對(duì)上述問(wèn)題,開(kāi)展了諧振式光學(xué)陀螺的關(guān)鍵技術(shù)研究,具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)優(yōu)化設(shè)計(jì)了光纖環(huán)形諧振腔(FRR)和硅基楔形盤腔兩種典型的微諧振腔結(jié)構(gòu)。針對(duì)FRR,仿真分析并測(cè)試驗(yàn)證了特征參量之間的相互制約關(guān)系;針對(duì)硅基楔形盤腔,在理論仿真的基礎(chǔ)上,提出了優(yōu)化制備工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了盤腔Q值、DQ乘積及陀螺極限靈敏度與直徑D的對(duì)應(yīng)關(guān)系,為芯片級(jí)、集成化的新型諧振式微光學(xué)陀螺的研究奠定了基礎(chǔ)。(2)針對(duì)盤腔耦合單元的非互易性效應(yīng),提出了低折射率紫外膠封裝技術(shù)。針對(duì)基于盤腔與錐形光纖耦合系統(tǒng)的非互易性產(chǎn)生機(jī)理,設(shè)計(jì)了非互易性測(cè)試系統(tǒng),對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析,得到了最佳耦合位置,為保持耦合結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、健壯性及高過(guò)載環(huán)境下的生存能力,提出了紫外膠封裝技術(shù),實(shí)現(xiàn)了微諧振腔耦合單元一體化結(jié)構(gòu),打破了傳統(tǒng)微諧振腔使用高精度位置控制伺服平臺(tái)的常規(guī)。(3)對(duì)背向散射噪聲的二次最佳載波抑制比進(jìn)行了分析和測(cè)試,提出了雙路最優(yōu)調(diào)制系數(shù)法。針對(duì)諧振式光纖陀螺(Resonator Fiber Optic Gyro,R-FOG),完善了FRR的主光波和背向散射光波的傳輸模型;通過(guò)搭建FRR的背向散射噪聲測(cè)試系統(tǒng),得到了背向散射諧振譜線,根據(jù)測(cè)試結(jié)果得到了系統(tǒng)極限靈敏度量級(jí)的FRR所需的載波抑制比為98dB;采用自外差拍頻法,測(cè)試得到了三角波和正弦波相位調(diào)制下的載波分量與調(diào)制幅度的對(duì)應(yīng)關(guān)系,通過(guò)分析三角波相位調(diào)制引入的脈沖噪聲機(jī)理,提出了雙光路最優(yōu)調(diào)制系數(shù)法。(4)建立了諧振式光纖陀螺的數(shù)字開(kāi)環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)。檢測(cè)系統(tǒng)以FPGA為核心控制器,采用過(guò)采樣多穩(wěn)態(tài)均值方法實(shí)現(xiàn)了三角波調(diào)制的同步解調(diào),降低了脈沖噪聲對(duì)解調(diào)信號(hào)的影響;在FPGA內(nèi)采用CORDIC算法實(shí)現(xiàn)了正弦波的相位調(diào)制/解調(diào),優(yōu)化了數(shù)字鎖頻技術(shù),通過(guò)使能觸發(fā)方式將鎖頻過(guò)程永遠(yuǎn)限制在諧振曲線的線性區(qū)域,降低了誤鎖的風(fēng)險(xiǎn)。(5)搭建了諧振式光纖陀螺測(cè)試系統(tǒng)。通過(guò)搭建R-FOG測(cè)試系統(tǒng),計(jì)算得到了FRR的各項(xiàng)特征參量,測(cè)試了系統(tǒng)的鎖頻穩(wěn)定度,并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)際標(biāo)定測(cè)試,在?240deg/s量程范圍內(nèi)的非線性度為4.4‰,零偏穩(wěn)定性最優(yōu)可達(dá)0.09 deg?s-1。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN96

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1351707