光纤陀螺空间辐射误差分析及抑制方法研究

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1、硕士学位论文光纤陀螺空间辐射误差分析及抑制方法研究RESEARCHONSPATIALRADIATIONERRORANALYSISANDSUPPRESSIONMETHODOFINTERFEROMETRICFIBEROPTICGYROSCOPE孙佳哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V448.2学校代码：10213国际图书分类号：629.7密级：公开工程硕士学位论文光纤陀螺空间辐射误差分析及抑制方法研究硕士研究生：孙佳导师：高伟教授申请学位：工程硕士学科：仪器仪表工程所在单位：自动化测试与控制系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V

2、448.2U.D.C:629.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONSPATIALRADIATIONERRORANALYSISANDSUPPRESSIONMETHODOFINTERFEROMETRICFIBEROPTICGYROSCOPECandidate：SunJiaSupervisor：Prof.GaoWeiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentandMeterEngineeringAffiliation：Departm

3、entofAutomaticMeasurementandControlDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要光纤陀螺惯性导航系统以高精度、低功耗、高可靠性的优势越来越多地被应用于空间卫星的姿态控制中，光纤陀螺应用在空间中其误差会受到辐射效应的影响，进而使光纤陀螺的性能发生退化。为了使光纤陀螺在空间应用中具有更好的适应性，本文分析了光纤陀螺空间辐射误差的产生机理和变化规律，对光纤陀螺在辐射环境下的性能退化进行了探究，提出了抑制空间辐

4、射误差和在轨故障诊断的方法，设计并搭建了抗辐射数字闭环光子晶体光纤陀螺样机，并对其进行了性能测试。本论文主要工作如下：首先，分析了传统保偏光纤（PMF）的辐射损伤机理，提出了基于扩散动力学的辐射致衰减的数学模型。对PSC-光纤，P-光纤，Ge-光纤和P-Ge光纤中辐射色心吸收强度与波长的关系进了探究，对比了不同掺杂光纤中辐射色心的差异，得出色心吸收强度是色心的固有属性，与光纤的类型无关。对常用于光纤陀螺的P-光纤进行了深入的探究，对P-光纤的辐射致衰减进行了辐射色心分解，得到P-光纤的P1色心占整个辐射致衰减主要部分，在1050nm-1620nm波段随着波长的增大辐射致衰减而增加，得

5、出光纤陀螺在使用P-光纤时，应选择光波长1310nm。其次，分析了光纤陀螺辐射误差的来源，探究了辐射效应对光纤陀螺偏振误差、背散误差、热噪声、散粒噪声、相对强度噪声影响的机理，根据辐射误差的变化机理，建立了辐射误差与辐射剂量以及剂量率的关系，分析了辐射误差在辐射环境下的变化规律。深入研究了光纤陀螺零偏漂移、标度因数和随机游走系数在辐射环境下退化机制，建立了随机游走与辐射剂量的数学模型，分析得出零偏漂移和随机游走的退化是因为辐射致光功率衰减，标度因数的退化是因为辐射致光波长漂移。然后，设计了应用于光纤陀螺的光子晶体光纤（PCF），分析了PCF和PMF在色心、光功率衰减和双折射在辐射环境

6、下的差异。探讨了辐射环境下光纤陀螺的光源光功率、调制相位、光纤环长度对随机游走系数的影响。提出了优化光纤陀螺系统参数的方法，建立了优化光纤环长度的数学模型，并且综合各方面因素，优化后光纤环长度为1137m。探究了光源光功率对调制相位的影响，改进了调制相位与光功率数学关系，给出了优化后光功率和调制相位分别为1000μW和2.614rad，并设计了优化解调信号的算法，对提出的抑制辐射误差的方法进行了比较验证。-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文最后，利用本文提出的抑制空间辐射误差的方法，设计并搭建了抗辐射数字闭环光子晶体光纤陀螺样机，而且加入了动态优化算法和故障诊断模块，测试结果显示其随

7、机游走系数和零偏稳定性分别为：0.0002738o/h1/2，0.01145o/h（10s，1），性能指标可以达到卫星姿态控制的要求。关键词：光纤陀螺；辐射致衰减；辐射误差；抑制方法-II-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractItismoreandmoreappliedforInterferometricFiberOpticGyroscope(IFOG)tousewithitshighprecision,lowpowerconsumptiona