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(wú)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(zhǎng)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(wèn)題而受到國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的高度重視。因此,對(duì)諧振式光纖陀螺展開(kāi)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(duì)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(duì)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(zhǎng)度以及激光光源譜線寬度等對(duì)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(duì)諧振精細(xì)度的影響。
　　 第三部分對(duì)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(duì)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(duì)諧振式光纖陀螺的控制系統(tǒng)進(jìn)行建模,分別分析了開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的諧振式光纖陀螺的檢測(cè)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(duì)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