高精度光纤陀螺光源相对强度噪声抑制策略研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zsjhmya
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高精度光纤陀螺普遍采用掺铒光纤光源,这类光源具备输出功率大、光谱宽、中心波长稳定性好等优点。对于采用掺铒光纤光源的光纤陀螺来说,光源强度噪声成为影响光纤陀螺随机游走系数的主要因素[1]。为了进一步提高光纤陀螺性能,有必要对光纤陀螺的相对强度噪声加以抑制。本课题针对光纤陀螺相对强度噪声的抑制策略进行研究,从光纤陀螺的原理出发,研究了光纤陀螺相对强度噪声的来源,以及它对后端信号的影响。在相对强度噪声的抑制策略上,本文分别从光纤陀螺的前端和后端的解决方案进行研究。在前端的解决方案上,重点研究了数字噪声相减法和光强外调制法;在后端的解决方案上,研究建模的方法,以此实现滤波。本课题的主要工作如下:本课题从理论上分析了光纤陀螺的基本原理,重点介绍了光纤陀螺光源,深入剖析了光纤陀螺光源引起的相对强度噪声,研究了光源波长稳定性、光谱宽度、以及光功率对信号光强度的影响等。通过分析噪声机理及其特性,本文解答了相对强度噪声的表征问题,它能够用来描述总体的噪声水平,可以用随机游走系数或信噪比来表征。针对相对强度噪声,在前端的解决方案中,本文分析了多种解决方案,深入剖析数字电路相减法,并进行仿真分析,研究它的技术难点。此外,本文还构建了光强外调制法的系统结构,设计了光强外调制法的反馈控制电路,根据系统的需求确定各个参数,以便有效抑制相对强度噪声,并完成了仿真分析。实验结果表明,这两种方案都能够降低相对强度噪声的影响。在处理后端噪声问题上,本文根据光纤陀螺输出数据的特征,提出并建立其线索化模型,在滤波之后,通过随机游走系数评估相对强度噪声。(1)首先,详尽探讨时间序列分析法的基本内容,在此基础上将其拓展,创建线索化的模型。线索化模型是一种动态的模型,它能够利用新息来更新模型参数,因此有很强的抗干扰能力。本文还对时间序列分析法建模和线索化建模的本质进行研究,深入挖掘它们的内涵。(2)其次,在建立模型的基础上,将模型转换为状态方程,这种改变使模型的阶次提高了,并且增加了一个常数项,更新的模型是可以接受的,这不会让计算量激增。根据光纤陀螺的输出数据,在线实时刷新参数。(3)最后,根据系统的状态方程,采用卡尔曼滤波对数据进行处理。考虑到光源强度噪声对陀螺随机游走的系数的影响,应用Allan方差分析法对光纤陀螺随机游走系数进行辨识,通过比对滤波前和滤波后的随机游走系数,证明这种方法能有效的降低强度噪声带来的影响。
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