光纤陀螺热致非互易相移补偿技术与研究进展

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1、光纤陀螺热致非互易相移补偿技术与研究进展【摘要】本文介绍了光纤陀螺各组成部分的热致非互易相移特性及其补偿原理，从硬件设计与软件补偿两个方面介绍了常用的热致相移特性建模方法与补偿方案，并分析了光纤陀螺热致非互易相移补偿技术的发展趋势。【关键词】光纤陀螺；热致非互易相移；相移补偿1引言光纤陀螺是一种基于Sagnac效应，实现对角速度测量的传感器。30多年的发展使其在精度、稳定性上都有了很大进步，但其核心光电元件仍会受到环境温度的影响，从而降低性能。随着应用领域的拓展，光纤陀螺被要求在宽温范内进行正常工作。受制于现有光纤陀螺制造水平及工艺，通过后期信号处理的方法对其进行热致非互易相移补偿十分必要。

2、2光纤陀螺热致非互易相移特性及补偿原理2.1光纤陀螺的热致非互易相移特性光纤陀螺系统主要由光路与电路两部分组成。光路部分主要由光源、耦合器、相位调制器、光纤线圈、探测器组成;电路部分包括滤波器、A/D、D/A转换器和增益控制电路等。光纤陀螺电路部分发展比较成熟，温度补偿措施较易实现。本文重点讨论光路部分主要元件的温度特性。(1)光源光源需具有较好的空间相干性和较弱的时间相干性，采用宽带光源能有效减小光纤陀螺中多种非互易性效应，提高其精度。为提高光电探测器的信噪比，光源的输出功率一般较大，目前普遍采用LD或SLD。但由于其中心波长会随温度变化产生漂移，因此高精度光纤陀螺均采取相应的温度控制措施

3、。(2)光纤环从原理而言，光纤线圈是光纤陀螺中受温度影响最大的部分，温度对其输出性能影响主要有噪声与漂移两部分。噪声包含热噪声与白噪声。热噪声由光电器件产生，会影响光纤陀螺的检测阈值；白噪声可用角度随机游走指标来表征，是光纤陀螺误差中长期项的重要来源。陀螺的漂移通常用零偏稳定性来表征，它涵盖了更多的误差源，对应着“非互易性”因素。目前通常采用四级对称绕法以消除该项误差，但由于光纤参数的均匀性以及绕制工艺一致性的限制，残留部分仍对光纤陀螺的精度有着较大影响。(3)相位调制器相位调制器是利用电压与光相位的关系来对实现相位调制及补偿的核心器件。相位调制器对温度影响较为敏感，但由于其变化特性由构成Y

4、波导的晶体材料及制作工艺有关，此系统误差难以避免。2.2光纤陀螺热致非互易相移补偿原理由于制造工艺、水平及诸多随机因素影响，每只光纤陀螺受温度的影响均不同。因此实际应用时需要对每只光纤陀螺进行测量标定与补偿。在不同温度条件下，光纤陀螺的零偏及零漂均有变化。其中零偏受绝对温度影响不大，一般可作为补偿式中的常数项；而零偏稳定性则会受到较大影响。3光纤陀螺热致非互易相移补偿技术研究进展光纤陀螺热致非互易相移补偿技术可分为硬件与软件两方面，分别针对设计制造和工程应用的过程实施补偿。当前硬件方面的补偿方法主要是改进光纤环的设计方法以及系统级别的冗余设计来完成，本文主要讨论软件补偿技术的实现目前常用的补

5、偿修正方法是通过大量实验数据建立光纤陀螺的相移补偿模型，以一种算法拟合相移量。目前研究的不同点集中在数据分析处理以及拟合方法上，下面简要的介绍几种处理方法。(1)简单线性建模实验结果一般能使零偏稳定性降低到原来的80%左右，虽然这种补偿方式比较简单，但却迗到了明显的效果，显示了软件实施相移补偿的可行性与有效性。（2）综合线性建模此外还有人提出BP网络算法、高次或非线性拟合建模等方法。这些复杂的方法能使光纤陀螺的精度得到一定的提高，但亦受到诸多限制。如大量的复杂运算会极大影响补偿系统的实时性，同时由此带来的分析运算电路也会带来新的系统噪声。4小结未来光纤陀螺热致非互易相移补偿技术有以下几个方向

6、趋势：（1）采用热均衡性更好的设计方案与器件材料，从原理上减小热致非互易相移；（2）深入研究温度对光纤陀螺输出的影响，依据不同光纤陀螺的特性，提出更具有效性的软件补偿方案；（3）结合光纤陀螺多路复用技术，增强对多轴光纤陀螺的补偿效果，扩展多轴光纤陀螺的应用范参考文献：[1]MeiNarNg，ZhihaoChen.TemperatureCompensationofLong-PeriodFiberGratingforRefractive-IndexSensingWithBendingEffect.IEEEPHOTONICSTECHNOLOGYLETTERS,VOL.14，NO.3，MARCH20

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