华中光电技术研究所 — 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
多普勒(DVL)计程仪采用相控阵技术进行声波信号的发射和接收, 不需声速的补偿修正, 具有精度高的特点, 而其固有的标度因数误差和水底环境复杂的问题, 影响了测速精度的稳定性, 进而使得与惯导组合定位误差降低。首先介绍了多普勒计程仪的误差特点, 然后结合惯性导航设备短期定位精度高的优势, 建立了关于多普勒计程仪标度因数误差和安装误差的高阶Kalman滤波模型, 形成组合导航定位算法, 最后利用惯导设备将该组合导航算法进行了不同湖面条件下的实测, 匀速直线航行10 km, 最大定位误差小于10 m, 一般航行20 km以内, 最大定位误差小于0.16%D, D为航程。试验结果表明：该组合导航技术具有明显的技术优势, 为组合导航产品提供了重要理论参考。
惯性导航 多普勒计程仪 组合导航 卡尔曼滤波 光学陀螺 inertial navigation system phased array DVL integrated navigation Kalman filtering optical gyroscope
1 西北大学物理学院，陕西 西安 710127
2 西安飞行自动控制研究所飞行器控制一体化技术国防科技重点实验室，陕西 西安 710076
偏振噪声是谐振式光纤陀螺谐振腔中较为严重的光学噪声之一。基于琼斯矩阵的方法建立完整的光路传输模型，对谐振腔顺时针和逆时针两路光传输进行分析，得到环境温度在-40 ℃~80 ℃范围内变化时偏振噪声导致的陀螺误差。结果表明，在线起偏器消光比为30 dB时，耦合器直通端对准角度误差小于2.78°，耦合系数为0.05，双90°熔接点两侧光纤长度差容错值在0.207 m以内，使得陀螺输出误差小于0.01（°）/h。基于此，当陀螺系统工作导致内部温度分布非均匀时，谐振腔上每相邻两段光纤间温度分布差需小于3.122 ℃。各影响因素的参数选择可为变温环境下由于偏振噪声导致的误差分配设计提供理论指导。
谐振式光纤陀螺 琼斯矩阵 偏振噪声 变温环境 光学学报
2023, 43(19): 1906007
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
受激布里渊散射效应是一种典型的三阶光学非线性效应，通过强光激发可以在不同介质中产生。受激布里渊散射激光具有低阈值、超窄线宽、相邻阶散射光相向传播等优异特性，促进其在高分辨率光谱仪、光学传感以及量子计算等领域的广泛应用。布里渊激光输出的光谱线宽超窄且相邻阶光束相向传播，为集成化光学陀螺的构建提供了便利。首先总结了受激布里渊散射效应的产生机理，分析了不同介质中受激布里渊散射光的特性，进而综述了基于微腔结构的布里渊光学陀螺的研究进展，最后对基于布里渊散射效应的集成化光学陀螺的研究前景进行了展望。
散射 受激布里渊散射 布里渊激光器 光学陀螺 微腔 奇异点 中国激光
2022, 49(19): 1906004
为了提高系统的互易性及有效抑制背向散射噪声对RMOG检测精度的影响,提出一种基于光开关抑制背向散射噪声的谐振式微光学陀螺。首先分析和测试实际RMOG系统中背向散射噪声的影响;然后对顺、逆时针两路光波信号进行同频调制,并利用1×2光开关施加时分复用信号使得激光信号在顺、逆时针两个方向来回切换,在时间上分离信号光和背向散射光,用于减小背向散射噪声对RMOG检测精度的影响;分析光开关的信道串扰、切换时间对背向散射噪声的抑制作用。实验结果表明,光开关能够减小背向散射噪声,减小程度受开关串扰的制约,开关切换时间需结合光波导环形谐振腔的时间常数及环路锁定时间进行优化设计。
传感器 谐振式微光学陀螺 Sagnac效应 背向散射噪声 时分复用技术 光开关 中国激光
2020, 47(10): 1010003
研究了利用两个声光移频器间的差频抑制谐振式集成光学陀螺中的背向散射噪声。测试了声光移频器的输出特性, 结果表明声光移频器输出功率随调制频率变化。测试并说明了两路声光移频器的功率不平衡会影响环形谐振器的谐振曲线深度和陀螺解调曲线的斜率, 并最终导致陀螺的测量误差。实验中通过补偿声光移频器的输出功率, 有效地克服了声光移频器功率带宽的影响, 陀螺零漂从补偿前的0.28mV降低为0.095mV。
谐振式光学陀螺 声光移频器 背向散射 零点漂移 功率平衡 resonant optical gyroscope acousto-optic frequency shifter back-scattering zero drift power balance
针对用 Allan方差方法进行随机误差分析时平均时间只能达到数据长度的一半，以致长相关时间下估计值的置信度较低的问题，本文提出运用高置信度的混合理论方差 (TheoH方差)对光学陀螺进行分析。该方法结合光学陀螺的信号特征，通过改变混合点位置对偏差补偿函数进行改进，提高了估计准确度。运用多种方差估计算法对仿真信号以及光学陀螺实测数据进行分析。实验结果表明， TheoH方差辨识结果和实际的幂律谱噪声特性一致，且具有比 Allan方差更高的估计精度。
光纤元件 光学陀螺 随机误差 TheoH方差 Allan方差 optical fiber components optical gyroscope stochastic error TheoH variance Allan variance
针对动态Allan方差运用固定长度的分析窗截取信号导致样本数据量减少, 长相关时间下方差估计值置信度降低, 首先, 针对动态信号跟踪能力与置信度的提高不能兼顾的问题提出了一种改进算法。引入截断窗内峭度值作为表征信号短时稳定度的参数, 并建立以峭度为变量的窗宽函数, 该函数可以使截断窗长随着信号的平稳程度自动变化。其次, 再用窗宽自适应的滑动窗分段截取陀螺随机误差, 分别对每个截断窗内样本进行总方差计算以增加方差估计的自由度。最后, 计算延伸后样本的Allan方差, 并将其以三维形式排列出来。结果表明: 应用该方法对光纤陀螺启动信号进行分析, 该算法既能更有效地跟踪信号的非平稳变化, 又能大幅降低长相关时间下方差的估计误差。
光纤陀螺 启动信号 动态Allan方差 总方差 峭度 fiber optical gyroscope start-up signal dynamic Allan variance total variance kurtosis 红外与激光工程
2016, 45(7): 0726004
北京航空航天大学物理科学与核能工程学院, 微纳测控与低维物理教育部重点实验室, 北京 100191
报道了国际上光增益型集成光学陀螺(IOGWOG)的研究进展和本课题组在该领域的研究成果，展示了通过半导体光放大器、受激拉曼散射以及稀土离子受激辐射的方式实现光增益型陀螺的技术路线，指出了目前研究中存在的问题和今后的发展方向。可以预见，结合新效应的光增益型陀螺将会是未来的研究热点，并且逐步向低成本、小体积的全光集成陀螺发展，在惯性导航领域具有广阔的应用前景。
集成光学 光学器件 光学陀螺 谐振腔 光增益 激光与光电子学进展
2016, 53(3): 030002
空军工程大学 航空航天工程学院, 西安 710038
建立光纤陀螺随机漂移模型以便在滤波中加以补偿是提高光纤陀螺输出精度的有效方法。针对传统光纤陀螺随机漂移建模均采用离线形式, 需预先处理数据, 不具备普适性等问题, 提出一种实时的建模滤波方法。首先, 根据大量实测数据对传统离线模型进行改进, 研究了一种基于AR 模型的在线建立光纤陀螺随机漂移模型的方法。然后, 比较了传统Kalman 滤波器与H∞滤波器用于实时滤波的效果。实验结果表明, 改进型AR 模型拟合精度高、普适性强, 单个噪声拟合精度最低值为91.6%。H∞滤波器效果优于传统的Kalman 滤波器, 分析单个噪声滤波效果时, H∞滤波器较Kalman 滤波器性能最多可提高38.5%。
光纤陀螺 随机漂移 AR 模型 H∞滤波器 在线建模 fiber optical gyroscope random drift AR model H∞ filter on-line model
