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《哈尔滨工程大学》 2009年
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高精度光纤陀螺建模及信号处理技术研究

陈世同  
【摘要】:近30年来,光纤陀螺作为一种新型惯性敏感器件在国防领域得到了广泛的应用。在国外,随着光学器件的加工工艺和关键技术的突破,高精度光纤陀螺也进入了使用阶段。在国内,由于光学器件的加工工艺和某些关键技术尚未突破,高精度光纤陀螺还停留在实验室阶段。尤其是高精度光纤陀螺的建模技术和信号处理技术,仍处于初步探索阶段。经研究发现,光路参数、电路参数以及调制解调的方法都会约束光纤陀螺精度的进一步提高,所以建立高精度光纤陀螺的光学模型与电路控制模型非常有意义。本文在前人的工作基础上,提出了基于四状态的双闭环调制解调技术,对光纤陀螺光路模型和闭环控制电路的数学建模进行了深入的研究,并对光纤陀螺信号处理技术做了深入研究。 首先,设计了三轴一体化的高精度光纤陀螺的光路结构,对光路中各个分立的光学器件建立基于琼斯矩阵的数学模型,根据光干涉理论和偏振态理论,建立了光纤陀螺整体光路的数学模型。在光路模型的基础上,分别仿真研究了集成光学相位调制器的消光比、光纤焊接熔接角、相位噪声以及光纤内部存在的偏振耦合点对干涉结果的影响。 其次,详细分析了方波偏置下的数字闭环调制解调原理和反馈回路增益误差产生的原因及其解调方法,并对方波偏置下的数字双闭环调制解调方法的优缺点进行了深入的研究。在此基础上提出了基于四状态偏置的数字双闭环调制解调方案,分别研究了几种不同条件下的调制解调过程,并给出了调制解调方程。最后给出了四状态偏置的数字双闭环调制解调方案详细实现。 再次,为了能够满足不同应用环境对光纤陀螺性能的要求、实现光纤陀螺系统参数的优化设计以及深入掌握光纤陀螺系统参数与光纤陀螺性能参数之间的关系,建立了光纤陀螺的数字双闭环控制回路模型,并进行仿真研究。对采用两种不同调制解调方案的光纤陀螺系统进行了实际比较,从而有效地证明了四状态偏置的数字双闭环调制解调方案的优越性,为提高光纤陀螺的精度提供了一个有效的途径。 最后,为了减轻调制解调电路的压力,提高光纤陀螺的精度,提出了基于归一化最小均方算法(NLMS)的前向线性预测滤波器(FLP)的降噪方法。首先分析了光纤陀螺系统各种噪声的来源,并用Allan方差来描述,然后对FLP和NLMS理论进行了深入研究。最后对实时采集的光纤陀螺数据进行降噪处理,证明了基于NLMS的FLP降噪的有效性,为光纤陀螺精度的提高提供了又一个有效地途径。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:V241.5

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 姬忠校;光纤陀螺性能改善技术研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 邵继青;光纤陀螺捷联导航列车定位技术的研究[D];兰州交通大学;2012年
2 仝盼盼;光纤角速度传感器漂移与噪声抑制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
3 杨慧慧;高精度光纤陀螺死区分析与抑制方法的研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
4 刘晓隆;全光纤电流传感器温度稳定性优化设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2013年
5 曹辉;数字闭环光纤陀螺温度控制与补偿的研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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中国硕士学位论文全文数据库 前7条
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7 张琛;光纤陀螺光路系统稳定性研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 罗洪,熊水东,陈儒辉,胡永明,倪明,孟洲;全保偏光纤加速度矢量传感器的设计与实验[J];半导体光电;2004年03期
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9 胡正良;胡永明;赵明辉;;基于偏振消光的全光纤衰减器[J];半导体光电;2005年06期
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1 杨英;赵广耀;朱栋梁;;基于MATLAB的汽车防抱[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
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5 吕鑫;蒋卓勤;李迎春;;偏振态的高速实时测量方法的研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
6 缪凯;刘波;林炜;郭澎;王炜男;;光纤干涉仪消光比特性研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
7 雷平顺;薛力芳;何军;曾华林;付跃刚;周燕;;ZEMAX在多模光纤准直器设计中的应用[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
8 陈伟力;王霞;金伟其;;基于偏振双向分布反射函数的红外偏振特性分析[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
9 张亮;陆秋海;;静电悬浮式电容差分加速度计测量原理与动特性设计[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
10 庄卫星;金轶群;;FTTH用高强度抗弯曲单模光纤[A];全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会议论文集[C];2007年
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1 苏成志;瞄准具传光能力评价及测试方法的研究[D];长春理工大学;2010年
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5 张勇;布里渊光纤陀螺有源腔关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 朱怡;潜艇航行训练模拟器模型简化与参数优化研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 吕文磊;压差式光纤矢量水听器基元与测试技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 项建弘;基于空时自适应处理的GPS调零技术应用研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 孙晶华;提高水下激光成像衬度的方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 马丽珍;自由空间量子通信中偏振光子传输和操控的理论与模拟研究[D];中国海洋大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈辉;基于自适应观测器的CSTR系统有界控制的研究[D];河南理工大学;2010年
2 张文龙;活塞排气气动发动机仿真分析研究[D];南昌航空大学;2010年
3 彭学文;双层钢管瞬变电磁检测技术研究[D];南昌航空大学;2010年
4 胡霁;基于匹配法的嵌入式光纤光栅温度传感系统[D];南昌航空大学;2010年
5 于张喜;立式刨切机机构设计优化[D];山东科技大学;2010年
6 徐国栋;智能压力变送器的研究[D];山东科技大学;2010年
7 丁雷;白鼠脑电信号远控采集处理系统的设计与研究[D];山东科技大学;2010年
8 王铁柱;基于硅基波导声光移频器理论与技术的研究[D];长春理工大学;2010年
9 钮庆良;时间分辨光谱技术在免疫分析中的应用[D];长春理工大学;2010年
10 葛松林;基于CAN总线的纺织小张力智能传感器的研究[D];浙江理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 郝国强,张永刚,刘天东,李爱珍;InGaAs PIN光电探测器的暗电流特性研究[J];半导体光电;2004年05期
2 吴衍记,彭昱,黄显林;光纤陀螺用Y波导半波电压的测试方法研究[J];半导体光电;2005年04期
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1 张琛;光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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1 韩书新;光纤陀螺用保偏光纤及光纤环测试方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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10 杜士森;干涉型光纤陀螺仪信号处理技术及结构问题研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
【二级参考文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前5条
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5 ;求实篇·乘风破浪创佳绩[N];中国航空报;2010年
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8 通讯员 王红霞;中航工业宝成迎来55周年华诞[N];中国航空报;2010年
9 刘治德 郭晓洪;21世纪的精确制导武器技术[N];解放军报;2001年
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8 姬忠校;光纤陀螺性能改善技术研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2011年
9 王鑫哲;光纤陀螺捷联旋转式惯导系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
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3 李亚梅;光纤陀螺测试与标定技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 晨晓;基于光电混合集成技术的光电收发一体模块研究[D];北京航空航天大学;2010年
5 张立华;光纤陀螺捷联系统硬件平台的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 孙英杰;光纤陀螺温度漂移误差建模及补偿技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 邱高理;光纤陀螺性能评价系统[D];浙江大学;2003年
8 刘仲恒;光纤陀螺及其数字信号处理[D];电子科技大学;2001年
9 王爽;光纤陀螺寻北系统误差研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 陈文海;光纤陀螺数据采集处理系统改进及振动特性研究[D];浙江大学;2004年
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