谐振式光纤陀螺建模与仿真

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1、哈尔滨工程大学硕十学位论文摘要光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的新型角速度传感器，与传统的机械陀螺相比，具有动态范围宽、成本低、重量轻、寿命长、可靠性高等优点，在军事以及民用领域均有广泛的应用。谐振式光纤陀螺(R．FOG)是一种新型的光纤陀螺，由于其原理特点而受到了国内外的广泛研究，而国内还处在理论向实际应用的转型中，本文将对谐振式光纤陀螺的一些理论现象进行仿真试验，为谐振式光纤陀螺的进一步研究奠定了理论基础，对减少经费和缩短研究周期具有一定的现实意义。具体研究内容如下：首先，对谐振式光纤陀螺的原理进行了深入分析，相比已经进入实用化的干涉式光纤陀螺，谐振式光纤陀螺在原理和结构上与其

2、有较大的不同，综合分析国内外对谐振式光纤陀螺的最新研究，研究一种可行的原理方案，并对该结构方案进行分析比较，对谐振式光纤陀螺样机的研制具有指导意义。其次，对谐振式光纤陀螺的光路结构进行研究，重点分析了环形谐振腔。对光纤陀螺光路各组成部件的性能参数进行了分析，给出了它们相应的数学矩阵描述，为下面的研究奠定了一定的理论基础。利用琼斯矩阵和相干矩阵建立了此型光纤陀螺光路传输系统数学模型，讨论分析了光路中各组件的性能参数不同时陀螺的输出及偏振噪声误差。由以上工作提出，设计了谐振式光纤环形腔的实验装置，并进行测试。最后，分析了影响R-FOG检测精度的因素。从理论和实验上分析了各种误差参数的产生

3、机理及其对系统精度的影响，并提出各自相应的解决方案，对克尔效应导致陀螺标度因数非线性的产生机理进行了分析，针对克尔效应提出一种新颖、有效的方法来消除——通过控制CW或CCW的光强，从Sagnac效应中识别出克尔效应来抑制。着重分析了谐振腔内光波偏振态对检测信号的影响及其补偿方法，得到对中低精度的陀螺采用由缠绕的单模光纤组成的环形谐振腔比较理想，对高精度陀螺采用由衔接处使用90。偏振轴旋转的保偏光纤组成的环形谐振腔。关键词：谐振式光纤陀螺；光纤环形腔；建模与仿真；Sagnac效应哈尔滨工挥大学硕+学位论文ABSTRACTFiberOpticGyroscope(FOG)isanovelr

4、otarydevicebasedontheSagnaceffect．Comparedwiththetraditionalmechanicalgyroscope，FOGhastheadvantagesofwidedynamicrange，lowcost，lightweight，longlifeandhighreliability．Resonatorfiberopticgyro(R—FOG)isanewFOGwidelystudiedbydomesticandforeignexpertsbecauseofitsprinciplecharacteristics．However,itisno

5、winthetheoreticalstagefromtheorytopractice．ThispaperwilldosomeresearchonthebasicissuesofR—FOG,andtheniSsimulationtesting．Basedonthestudy,itCanlayatheoreticalfoundationforfurtherresearchonR=FOG．Indetailstudiesareasfollows：First，theResonatorFiberOpticGyroscopeprincipleisanalyzedindepth．Comparedwi

6、ththeInterferometricfiberopticgyroscope(I-FOG)，R-FOGisverydifferentintheprincipleandstructure．ComprehensiveanalysisofnewresearchonR—FOG,amodifiedR-FOGimplementationschemeiSputforward．ItcanimpactonResonatorfiberopticgyroscopeprototypedevelopmentwithguidingsignificance．Second，theopticalstructureo

7、fR-FOGhasbeenstudied．RingresonatoriSthepoint．TheperformanceparametersofeachcompositionpartsofR-FOGarestudied，mathematicalmatrixesarealsoprovided．ThemathematicalmodeloftheopticaltransmissionsystemwithcoherencematrixiSestablished．No