光纤陀螺仪误差分析与补偿

光纤陀螺仪 误差分析与补偿娜茜泰 3120120368 导航制导与控制

目录1、光纤陀螺仪基楚知识回顾 2、光纤陀螺仪中的误差分析 3、光纤陀螺仪在捷联惯导系统中的应用

与传统机电陀螺相比,光纤陀螺仪无运动部件和磨损 部件, 具有可靠性高、寿命长、体积小、质量轻、功耗 低、力学环境适应性好、动态范围大、线性度好、启动 快速、频带范围宽等优点。 光纤陀螺仪不仅具有激光陀螺仪的各种优点，而且 它无克服“自锁”用的机械抖动装置，也不用在石英块 精密加工出光路，降低了结构的复杂性和生产成本。而 且，利用不同规格的基本元件，可构成适合不同要求的 高、中、低级光纤陀螺仪，因此具有极大的设计灵活性， 得到了大力研究和发展。

1.1 光纤陀螺仪的组成

探测器 光纤环调制器

光源

耦合器

光纤陀螺组成示意

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1.2 光纤陀螺仪的分类干涉式光纤陀螺仪(I-FOG)

谐振式光纤陀螺仪(R-FOG)

按原理与结构

受激布里渊光纤陀螺仪(B-IFOG) 锁模光纤陀螺仪

法-珀光纤陀螺仪(Fabry-Perot)相位差偏置式光纤陀螺仪

按相位解调方式

光外差式光纤陀螺仪 延时调制式光纤陀螺仪 开环式工作方式

按有无反馈信号

闭环式工作方式

1.2 光纤陀螺仪的分类干涉型光纤陀螺仪开环式I-FOG直接检测干涉后的Sagnac相移，主要用作角速度 传感器。这种光纤陀螺结构简单，价格便宜，但是线性度差，动态 范围小。

1.2 光纤陀螺仪的分类干涉型光纤陀螺仪闭环式I-FOG 利用反 馈回路由相位调制器引入 与Sagnac相移等值反向的 非互易相移，实时抵消 Sagnac相移，使陀螺仪始 终工作在零相位状态。通 过检测补偿相位来测量角 速度。它是一种较精密且 复杂的FOG ,主要用于中 等精度的惯导系统。

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2.1 光纤陀螺仪的主要性能指标(1)零偏 当输入角速度为零时，陀螺仪的输出量，以规定时间内测得输出量 的平均值相应的等效输入角速度表示，单位为( h)。 (2)标度因数 陀螺仪输出量与输入量角速率的比值。 (3)零漂 又称零偏稳定性，它的大小值标志着观测值围绕零偏的离散程度， 单位为( h)。 (4)随机游走系数 由白噪声产生的随时间积累的输出误差系数，其量纲为 √h,它反 映了光学陀螺输出随机噪声的强度。

2.1 光纤陀螺仪的主要性能指标各类陀螺的精度特性光纤陀螺 环形激光陀螺 动力调谐陀螺 液浮陀螺 静电陀螺

磁谐振陀螺气浮陀螺 轴承陀螺

微机械陀螺

漂移稳定性

度/小时

2.2 光纤陀螺仪的误差补偿技术1)抑制光纤中的散射噪声 ； 2)改进半导体激光光源的噪声特性； 3)减小温度引起的系统漂移

;

4)改善功能元件的性能；5)抑制光电检测器及电路的噪声 ；

6)提高FOG的环境适应性 ；

光路的互易性光纤陀螺正常工作前提是保证其光路互易性。所谓 互易性是指两束相干光除因相位调制及线圈旋转产生的

相位差外，不存在其它任何因素引起的相位差。换句话说，使系统中顺、逆时针传播的两束光受到的外部干扰 完全一致，在输出中不反映任何外界干扰的影响。对光 纤陀螺仪，满足互易性，就要具有同光路、同偏振态和 同模式三个特征。

2.2 光纤陀螺仪的误差补偿技术1)抑制光纤中的散射噪声 ；光纤中的后向瑞利散射是由于光纤内部介质不均匀而产生的， 还可以认为它是随机分布的后向反射。当光纤中后向散射光和主 光束相干叠加时，对主光束将产生相位影响。光纤中后向瑞利散 射以及来自光界后面的后向散射是光纤陀螺仪的主要噪声源。 目前抑制这些噪声的主要方法有： (1)采用超发光二极管等低相干光源； 后向瑞利散射引起的相位噪声大小主要依赖于光源的相干长 度，短相干光源中，散射光对主光束的相干度很小，因而主光束 的相位基本上不受散射光的影响，后向瑞利散射噪声得到抑制。 (2)对后向散射光提供频差并对光源进行脉冲调制； (3)采用光隔离器； (4)用宽带激光器、跳频激光器、相位调制器等作为光源，以破 坏光源的时间相干性，使其后向散射光的干涉平均为零。

2.2 光纤陀螺仪的误差补偿技术2)改进半导体激光光源的噪声特性；光源的波长变化、频谱分布变化及光功率的波动，将直 接影响干涉的效果。返回到光源的光直接干扰了它的发射状 态，引起二次激发，与信号光产生二次干涉，引起发光强度 和波长的波动。 目前的解决方法有： (1)对于光源波长变化的影响，通过数据处理方法解决；

若波长变化是由温度引起，则直接测量温度，进行温度补偿；(2)对于返回光的影响，采用光隔离器，信号衰减器或选 用超辐射发光二级管等低相干光源。

2.2 光纤陀螺仪的误差补偿技术3)减小温度引起的系统漂移 ；一方面，环境温度的变化将使纤芯的折射率及媒质(包括纤 芯、包层和涂敷层)的热膨胀系数以及光纤环的面积发生改变， 从而影响光在媒质中的传输，直接影响到对转动角速度检测的标 度因数的稳定性；另一方面，热辐射造成光纤环局部温度梯度， 引起左右旋光路光程不等，从而引起非互易相移，这个非互易的 相位偏移将叠加在由Sagnac效应产生的非互易相移中，从而影响 光纤陀螺的精度。 常用的抑制方法主要有： (1)对光纤线圈进行恒温 …… 此处隐藏：503字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……