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机械抖动激光陀螺鉴相解调与稳频技术的研究

谢元平  
【摘要】: 作为国内激光陀螺主要研制单位的国防科大208室,在机械抖动激光陀螺(机抖陀螺)研制过程中一直为零漂问题所困扰:实验测得机抖陀螺零漂为抖动周期(采样时间取整数个抖动周期)的整数倍。本文通过对机抖陀螺进行计算机仿真,查明了问题产生的根源在于原有鉴相电路设计有误,并设计了新的鉴相电路,从根本上解决了该问题。同时,首次分析了机械抖动对陀螺稳频的影响,设计了小抖动稳频电路,指出了提高稳频精度的途径。 本文首先建立了机抖陀螺的计算机仿真模型,利用该模型对陀螺两路计数信号及原有鉴相电路进行了仿真,发现两路计数信号过锁区时存在四种基本波形,且原有鉴相电路对其中两种波形产生鉴相误差。在此基础上,提出了处理计数信号过锁区波形的基本原则,进而设计了新的鉴相电路,并在同一陀螺上对两鉴相电路进行了对比实验。实验结果清楚地反映了“零漂为抖动周期(采样时间取整数个抖动周期)的整数倍”这一问题产生的根源在于原有鉴相电路的不完善。实验表明:新鉴相电路能正确处理四种基本波形,且具有分辨率高、噪声抑制能力强、电路简单等优点。 其次,根据稳频需要对机抖陀螺输出光强进行了仿真,仿真表明机械抖动会在交流光强中引入尖峰脉冲,且尖峰脉冲频谱分布较宽,在小抖动稳频调制频率范围内有功率输出,因而可能降低稳频精度。 设计了小抖动稳频控制系统,分析了各部分的组成与传递函数,给出了系统的开环和闭环传递函数。根据传递函数优化了有关参数,使得系统有较好的稳定性与响应速度。通过实验验证了光强仿真结果,首次分析了机械抖动对稳频的影响,指出提高机抖陀螺小抖动稳频精度的关键在于:根据机械抖动引入的交流光强尖峰脉冲频谱分布选择合适的调制频率,并给出了不同调制频率的稳频实验结果。 最后对新研制的机抖陀螺进行了漂移和比例因子测试,实验测得陀螺随机游动系数为0.0163°/h~(1/2),漂移均方差小于0.09°/h,比例因子相对精度优于10PPM。测试结果表明新研制的机抖陀螺有较高的精度,鉴相解调正确,稳频电路性能较好、工作稳定。


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