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题目：
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雅宝题库解析：
基于Sagnac效应的光学陀螺是一种高精度惯性角速度传感器，在各种惯性导航、制导、测量和控制领域起着重要作用。作为继机电陀螺，光学陀螺和MEMS陀螺之后的新一代惯性角速度传感器，集成光学陀螺综合了光学传感原理的结构全固态和MEMS制备工艺的器件微小型化等优点，具备同时实现系统微型化和性能高精度的潜在能力，是国内外惯性器件研究的一个主要方向。本论文依托于“十一五”计划某研究课题，分析了谐振式集成光学陀螺工作原理，结合调制解调理论和相关检测方法，提出了陀螺的数字信号检测系统方案，立足于仿真分析和实验观测，研究了陀螺效应验证的方法和信号检测精度提高的关键技术。结合目前谐振式集成光学陀螺的发展现状，提出了基于偏置频率调制的光波调制方法；分析了光源频率对谐振腔谐振频率的跟踪与锁定方法；研究了基于相关检测的微弱信号检测和提取方法；设计并搭建了陀螺样机，进行了陀螺效应的验证和性能的测试。实验结果表明，设计并构建的谐振式集成光学陀螺样机，数字检测结果达到了动态范围± 500 °/s内标度因数非线性度1.2%和1h内偏置漂移0.53 °/s（10 s平滑，1σ）的性能。论文开展的主要工作包括：1. 分析了谐振式集成光学陀螺的工作原理和光学信号特征，仿真计算了陀螺中光学和电学信号之间的传递转换函数，提出了基于偏置频率调制、光源频率跟踪与锁定、闭环频率控制等技术的谐振式集成光学陀螺的数字检测方案；2. 研究了谐振式集成光学陀螺的调制解调理论与信号检测方法。分析了通过模拟连续线性相位调制实现偏置频率调制的方法，仿真计算了调制波形固有转折点特性以及波形非线性误差对调制性能的影响，提出了消除这些误差影响因素的解调输出方案。将模拟连续线性相位调制方法和目前无源谐振式光学陀螺中普遍采用的双频率锯齿波调制方法和数字波形调制方法作比较，验证了其在抑制输出脉冲噪声和台阶宽度误差上的优越性。同时，研究了调制波形参数的调整对光学非互易噪声的抑制和陀螺检测精度的影响；3. 分析了谐振式集成光学陀螺两路信号独立输出的特性，利用单路光的谐振频率作为光源频率跟踪与锁定的基准，研究了陀螺谐振频差检测方法。设计了包含相关检测原理和PI控制模型的解调输出方案，以提高频率锁定和陀螺输出精度。针对单路光锁频工作模式下，两光路输出信号噪声水平存在较大差异的题目，提出了互易性系统噪声与非互易光学噪声的分离、分析与量化方法；实验比较了采用相应噪声抑制措施前后噪声误差的分布情况，验证了噪声分离方法的正确性；4. 提出了基于双路光谐振频率共模信号的闭环锁频方法，实现了两路光信号在电路上的闭合。分析了闭环锁频工作模式下的频率跟踪速度和锁定精度，并与单路光锁频工作模式相比较，验证了该方法的优越性。为了消除实际系统中两路光对应光路和电路参数的不完全对称性对频率锁定和陀螺输出的影响，研究了在双路光闭环锁频工作模式中引入补偿系数的方法；5. 利用自主设计的陀螺数字信号检测系统，搭建了谐振式集成光学陀螺原理样机。分析了实际陀螺系统中的调制波形与探测器输出和解调曲线的关系，研究了频率跟踪与锁定过程输出信号和反馈控制信号的变化情况。实验测试了谐振式集成光学陀螺在静态和转动条件下的性能，得到了其在静态偏置稳定性和动态范围内的输出标度因数及其非线性度等性能指标。 |
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发表于 2022-5-22 17:57:13
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