諧振式光纖陀螺輸出特性及系統(tǒng)模型的仿真與分析.pdf

1、光纖陀螺是一種基于Sagnac效應(yīng)的角速率傳感器,其在航空航天以及航海的導(dǎo)航及制導(dǎo)系統(tǒng)中起著重要作用。因其動(dòng)態(tài)范圍寬、無機(jī)械結(jié)構(gòu)、成本低、體積小和高可靠性、等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)逐漸取代了機(jī)械陀螺。目前干涉式光纖陀螺技術(shù)已經(jīng)非常成熟,但是其在小型化方面因受光纖環(huán)長度的限制,并且在進(jìn)一步提高精度方面也遇到困難。而諧振式光纖陀螺作為第二代光纖陀螺,能很好的解決小型化和精度的問題而受到國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的高度重視。因此,對諧振式光纖陀螺展開研究具有重要意義

2、。本文從理論上分析諧振式光纖陀螺的核心和主體即光纖環(huán)形諧振腔的諧振特性并且對諧振式光纖陀螺的光路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行建模和分析,為諧振式光纖陀螺的研制奠定基礎(chǔ)。本論文的內(nèi)容主要分為三部分:
　　 第一部分闡述了諧振式光纖陀螺的基本工作原理。首先從理論上分析了諧振式光纖陀螺中最重要的光學(xué)部件諧振腔的構(gòu)成以及其諧振特性,然后詳細(xì)推導(dǎo)了諧振腔的輸入輸出光強(qiáng)關(guān)系,得到了諧振腔的傳遞函數(shù)。
　　 第二部分對諧振腔諧振特性進(jìn)行仿真分析

3、。根據(jù)已經(jīng)推導(dǎo)出的諧振腔的輸入輸出關(guān)系傳遞函數(shù),利用matlab仿真分析了構(gòu)成諧振腔的各種光學(xué)器件的主要參數(shù)包括耦合器的耦合系數(shù)、耦合器的損耗系數(shù)、構(gòu)成諧振腔的光纖的單位傳輸損耗、諧振腔的光纖長度以及激光光源譜線寬度等對諧振腔諧振特性的影響,為諧振腔的制作奠定理論基礎(chǔ)。然后著重分析了上述各種參數(shù)對諧振精細(xì)度的影響。
　　 第三部分對諧振式光纖陀螺光路系統(tǒng)進(jìn)行建模分析。首先采用瓊斯矩陣光學(xué)原理對構(gòu)成光路部分的各種光學(xué)器件建模,得到

4、它們的光傳輸模型。在此基礎(chǔ)上建立了諧振式光纖陀螺光路的傳輸模型,并推導(dǎo)了基于傳輸矩陣的輸出光強(qiáng)。分析了諧振腔中偏振誤差以及光克爾效應(yīng)誤差產(chǎn)生的機(jī)理和抑制措施。
　　 第四部分對諧振式光纖陀螺的控制系統(tǒng)進(jìn)行建模,分別分析了開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的諧振式光纖陀螺的檢測原理。諧振式光纖陀螺的控制系統(tǒng)分為順時(shí)針環(huán)路和逆時(shí)針環(huán)路兩部分,分別對這兩個(gè)環(huán)路進(jìn)行建模。在數(shù)學(xué)模型中的控制環(huán)節(jié)采用積分控制和PID控制,采用Matlab分析了控制系統(tǒng)的階