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数字闭环光纤陀螺仪的系统设计与实现

刘瑞鑫  
【摘要】: 光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的角速率传感器,它通过测量沿光纤线圈顺时针和逆时针方向传播的两束光的光程差,来测量光纤线圈的转速。因为其测量精度高、灵敏度高、动态范围大、体积小、重量轻、易集成等优点,以及其在军事及民用领域的广阔应用前景,如卫星定位、导弹制导、飞机导航等,使其成为近年来国内外惯性器件领域的一个研究热点。本文介绍了光纤陀螺的工作原理及分类,重点介绍了干涉式数字闭环光纤陀螺的信号调制与检测方法,为开展该型陀螺仪的详细设计奠定了基础。 本文介绍了干涉式数字闭环光纤陀螺仪的系统设计。针对干涉式数字闭环光纤陀螺仪的系统构建,分别为其各个环节进行了数学建模,包括:光纤环、信号调制与解调、探测器与前放、模数转换、积分器、数模转换与驱动、Y波导等。之后基于上述结果进行了系统设计,分别给出了开环传递函数、单位反馈闭环传递函数、误差传递函数、输入输出传递函数等,并进行了输出滤波器的设计。 针对干涉式数字闭环光纤陀螺仪的系统设计,本文对该型陀螺仪进行了理论灵敏度及误差分析,给出了陀螺仪的稳态误差是由标度因子稳定度决定的结论,详细分析了影响标度因子稳定度的因素,并初步给出了控制这些因素的方法。 本文最后介绍了光纤陀螺仪的主要技术指标和测试方法,并对干涉式数字闭环光纤陀螺仪的原理样机进行了试验分析。试验结果表明,该型陀螺仪实现了前述所要求的各个性能指标,可以满足应用需求。


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