正交锁相放大器在谐振式光学陀螺中的应用

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作者 王国臣 赵佳祺 +3 位作者 夏秀玮 王梓丞 王沐禹 李羚宇 《中国惯性技术学报》 北大核心 2025年第1期70-75,共6页

针对谐振式光学陀螺(ROG)由于系统延时导致灵敏度降低的问题,在正弦波调制的基础上,分析了延时来源与影响,设计了轻量高效的数字式正交锁相放大器。在不涉及任何光路、电路硬件改动的前提下,通过增加一路相位差为90°的同步方波解... 针对谐振式光学陀螺(ROG)由于系统延时导致灵敏度降低的问题,在正弦波调制的基础上,分析了延时来源与影响,设计了轻量高效的数字式正交锁相放大器。在不涉及任何光路、电路硬件改动的前提下,通过增加一路相位差为90°的同步方波解调进行正交运算,利用勾股定理消除系统延时,并通过逻辑赋值、移位运算提升响应速度和兼容性。理论分析和仿真结果表明,同频同幅方波解调输出是正弦波解调输出的4/π倍,陀螺的灵敏度可提高27.3%。实验结果表明,采用正交锁相放大器后,系统延时减小了1.5μs,陀螺灵敏度进一步提高了11.8%,且具备良好的鲁棒性。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 灵敏度 正交锁相放大器 调制解调

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谐振式硅基集成光学陀螺的偏振噪声建模与分析 被引量：7

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作者 于怀勇 张春熹 +3 位作者 冯丽爽 刘惠兰 焦志超 王俊杰 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2012年第5期1287-1293,共7页

偏振噪声是谐振式集成光学陀螺的主要光学噪声源,其存在大大降低了系统的精度,为了定量化研究谐振式集成光学陀螺偏振噪声的产生机理,利用琼斯矩阵和光束传播法建立了谐振式硅基集成光学陀螺偏振噪声模型,该模型综合考虑了波导传输介质... 偏振噪声是谐振式集成光学陀螺的主要光学噪声源,其存在大大降低了系统的精度,为了定量化研究谐振式集成光学陀螺偏振噪声的产生机理,利用琼斯矩阵和光束传播法建立了谐振式硅基集成光学陀螺偏振噪声模型,该模型综合考虑了波导传输介质中的光偏振态交叉耦合、应力双折射等的影响,有效地逼近了实际的物理系统。基于上述模型得出了谐振腔内二氧化硅波导本征偏振态交扰与陀螺极限输出之间的表达式。对波导谐振腔内与偏振相关的3个因素:输入光偏振态、温度波动和波导保偏性能进行了仿真分析。并通过在输入端插入高偏振度起偏器的实验装置,有效验证了所建偏振理论模型受输入光偏振态波动影响的正确性。 展开更多

关键词 谐振式硅基集成光学陀螺 光学噪声 偏振噪声 双折射 偏振态交叉耦合

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谐振式光学陀螺数字陀螺信号的提取技术(本期优秀论文) 被引量：5

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作者 杨婷 张成飞 +1 位作者 郑永秋 李博 《光通信技术》 北大核心 2016年第12期1-4,共4页

针对谐振式光学陀螺模拟量式陀螺信号中叠加正弦噪声的问题,提出基于NAND FLASH的数字式陀螺信号提取方式,详细阐述了型号为MT29F64G08AFAAA的FLASH操作过程。进行了样机转动和零偏稳定性测试,并对测试结果进行了Allan方差拟合,辨识出... 针对谐振式光学陀螺模拟量式陀螺信号中叠加正弦噪声的问题,提出基于NAND FLASH的数字式陀螺信号提取方式,详细阐述了型号为MT29F64G08AFAAA的FLASH操作过程。进行了样机转动和零偏稳定性测试,并对测试结果进行了Allan方差拟合,辨识出模拟量中的正弦噪声。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 NAND FLASH 正弦噪声 零偏稳定性 ALLAN方差

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调制误差对谐振式集成光学陀螺性能的影响 被引量：2

4

作者 徐宇新 郑国康 夏君磊 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2008年第2期240-243,共4页

采用LiNbO3相位调制器代替移频器可以明显提高调制的稳定性,但同时会引入相位调制波形失真产生的误差。分析了在采用正弦波开环相位调制技术对光路进行调制和解调时,相位调制器波形失真与陀螺输出特性的关系。通过数值仿真计算可知,调... 采用LiNbO3相位调制器代替移频器可以明显提高调制的稳定性,但同时会引入相位调制波形失真产生的误差。分析了在采用正弦波开环相位调制技术对光路进行调制和解调时,相位调制器波形失真与陀螺输出特性的关系。通过数值仿真计算可知,调制波形的频率失真与由此引起的标度因数误差大致成线性关系;调制波形峰峰值波动引起的标度因数误差随着失真幅度的增大而急剧增大;并且当陀螺零偏为1(°)/s时,要求调制波形频率失真小于0.07%,峰峰值失真小于1.5%,波形频率失真的影响为峰峰值失真的20倍。因此在陀螺系统设计中应保证调制频率的稳定性。 展开更多

关键词 谐振式集成光学陀螺 相位调制器 波形频率失真 波形峰峰值失真

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谐振式光学陀螺光源小型化驱动器的设计 被引量：2

5

作者 仇海涛 张成飞 +3 位作者 郑永秋 安盼龙 骆亮 闫树斌 《光通信技术》 北大核心 2015年第12期15-18,共4页

提出并设计了基于升压型DC/DC转换器的激光器压电陶瓷驱动器,分析了DC/DC转换器的开关电源噪声对ROG系统的影响,通过优化设计实现了电源噪声的消除,满足了ROG系统检测需求,为小型化、高精度压电陶瓷驱动电源的设计提供了参考。

关键词 谐振式光学陀螺 DC/DC开关噪声 压电陶瓷 分辨率 频率跟踪锁定速度

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谐振式光学陀螺中的偏振波动及其影响 被引量：2

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作者 张旭琳 周柯江 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2009年第6期626-629,共4页

谐振式光学陀螺(ROG)是基于光学Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速率的一种新型光学传感器。根据矩阵法,得到ROG中偏振波动引起的系统零漂的解析表达式。利用该解析表达式,估算达到谐振式集成微光学陀螺系统中等精度要求所需的... 谐振式光学陀螺(ROG)是基于光学Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速率的一种新型光学传感器。根据矩阵法,得到ROG中偏振波动引起的系统零漂的解析表达式。利用该解析表达式,估算达到谐振式集成微光学陀螺系统中等精度要求所需的偏振匹配参数。通过实验,验证偏振控制器对抑制偏振噪声的效果。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 零漂 偏振波动 偏振本征态

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谐振式光学陀螺自适应逼近式频率锁定技术 被引量：1

7

作者 张成飞 杨婷 +1 位作者 郑永秋 薛晨阳 《激光杂志》 北大核心 2018年第3期28-31,共4页

提出并设计了基于FPGA的自适应逼近式锁频伺服控制器,详细阐述了自适应逼近式锁频技术的算法流程,简化了闭环锁频控制系统参数整定的过程。搭建了单路静态模拟转动系统,测试了锁频控制系统对阶跃信号的响应能力;提出了设置分段阈值和步... 提出并设计了基于FPGA的自适应逼近式锁频伺服控制器,详细阐述了自适应逼近式锁频技术的算法流程,简化了闭环锁频控制系统参数整定的过程。搭建了单路静态模拟转动系统,测试了锁频控制系统对阶跃信号的响应能力;提出了设置分段阈值和步进的优化方法,解决了锁频精度与锁频跟踪速度的矛盾;在谐振式光学陀螺的实际转动测试中,得到了8.34 k Hz的锁频精度和优于25 k Hz/us的锁频跟踪速度。实验表明所设计的自适应伺服控制器,满足了谐振式光学陀螺检测系统对谐振频率高精度锁定及快速跟踪的要求。 展开更多

关键词 伺服控制器 静态模拟转动系统 锁频精度 谐振式光学陀螺

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谐振式光学陀螺环路的建模与仿真 被引量：2

8

作者 李霄 李少伟 +2 位作者 蒋海 孔凡玲 赵佳媚 《航天控制》 CSCD 北大核心 2018年第4期77-81,93,共6页

介绍了谐振式光学陀螺整个系统的环路结构,根据谐振式光学陀螺工作原理,建立了谐振式光学陀螺的环路模型,通过分析模型锁频前后的仿真曲线,表明该模型输出结果符合理论要求。该模型可用于系统的优化设计,为其提供理论和数据支撑。

关键词 谐振式 光学陀螺 建模 仿真

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基于掺铒光纤谐振腔的谐振式光学陀螺

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作者 赵锐 孙颖 +3 位作者 田野 唐军 刘俊 李春明 《微纳电子技术》 北大核心 2018年第7期498-502,531,共6页

谐振式光学陀螺（ROG）是以谐振腔为基础的角速度传感器件,因此其受到光学谐振腔性能的制约。当光学谐振腔中不存在增益补偿机制时,由于谐振腔制备材料的固有属性,光在光学谐振腔中的损耗仍然是阻碍谐振式光学陀螺性能提升的关键因素之... 谐振式光学陀螺（ROG）是以谐振腔为基础的角速度传感器件,因此其受到光学谐振腔性能的制约。当光学谐振腔中不存在增益补偿机制时,由于谐振腔制备材料的固有属性,光在光学谐振腔中的损耗仍然是阻碍谐振式光学陀螺性能提升的关键因素之一。为了提升谐振式光学陀螺的性能,提出利用掺铒光纤的增益补偿作用减小光在谐振腔中的损耗,并对其相应的陀螺系统进行了验证。在光学谐振腔直径为10 cm、腔长为4.5 m、掺铒光纤长度为14 cm、泵浦功率为40.6 mW的条件下,光学谐振腔的品质因数达到了8.3×108,同时得到谐振式光学陀螺的零偏稳定性为0.24°/s,理论的极限灵敏度提升到了0.012 6°/h。 展开更多

关键词 掺铒光纤 光学谐振腔 谐振式光学陀螺(rog) 零偏稳定性 极限灵敏度

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基于谐振式光学陀螺的RS422传输系统设计

10

作者 赵锐 张成飞 +3 位作者 孙颖 李鑫 刘俊 唐军 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期799-801,806,共4页

为实现谐振式光学陀螺中现场可编程门阵列(FPGA)主控芯片与上位机之间的数据传输需求,便于实时调整陀螺的各项参数、优化陀螺的工作状态。该文采用全双工通信RS422串口与USB接口实现了基于FPGA的谐振式光学陀螺数字检测系统与MATLAB上... 为实现谐振式光学陀螺中现场可编程门阵列(FPGA)主控芯片与上位机之间的数据传输需求,便于实时调整陀螺的各项参数、优化陀螺的工作状态。该文采用全双工通信RS422串口与USB接口实现了基于FPGA的谐振式光学陀螺数字检测系统与MATLAB上位机的连接。在分析了陀螺的工作原理的基础上,重点开展了RS422串口在陀螺系统中的软硬件和上位机通信功能设计。实验结果表明,该数据传输系统工作稳定,灵活可靠,能较好地实现谐振式光学陀螺与MATLAB上位机间的数据传输。 展开更多

关键词 RS422 谐振式光学陀螺 MATLAB 数据传输 硬件设计

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谐振式光学陀螺偏振噪声抑制方法

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作者 李霄 张凡 +2 位作者 蒋海 孔凡玲 赵佳媚 《航天控制》 CSCD 北大核心 2017年第6期9-13,共5页

介绍了谐振式光学陀螺测量原理,对反射式保偏光纤谐振腔的传递函数进行了分解。分析和实验测试了单点90°熔接谐振腔的偏振特性,并提出了集成在线起偏器抑制偏振噪声的方法,具有良好的温度稳定性,可以抑制次偏振态的产生,减少偏振... 介绍了谐振式光学陀螺测量原理,对反射式保偏光纤谐振腔的传递函数进行了分解。分析和实验测试了单点90°熔接谐振腔的偏振特性,并提出了集成在线起偏器抑制偏振噪声的方法,具有良好的温度稳定性,可以抑制次偏振态的产生,减少偏振引起的误差。 展开更多

关键词 谐振式 光学陀螺 偏振 噪声

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谐振式光学陀螺输出精度的提高设计 被引量：2

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作者 李鑫 郑永秋 +1 位作者 唐军 刘俊 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期235-239,共5页

介绍了谐振式光学陀螺的系统构建及工作原理。针对谐振式光学陀螺系统中引入白噪声而影响其转动输出精度问题,该文从理论上对该系统中各信号间的互相关性原理进行了分析,并提出了一种采用数字低通滤波器对信号进行噪声滤除的处理方式。... 介绍了谐振式光学陀螺的系统构建及工作原理。针对谐振式光学陀螺系统中引入白噪声而影响其转动输出精度问题,该文从理论上对该系统中各信号间的互相关性原理进行了分析,并提出了一种采用数字低通滤波器对信号进行噪声滤除的处理方式。通过对该陀螺系统进行转动测试和零偏稳定性测试。研究发现,其转动输出信号幅度范围用数字量表示由原来的300减小到60。利用Allan方差对零偏稳定性测试数据进行拟合计算,得出其输出精度由265.29(°)/h提高到62.96(°)/h,结果表明,该系统输出精度得到有效提高。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 白噪声 低通滤波器 零偏稳定性 ALLAN方差

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谐振式光学陀螺三角波调制过冲噪声的抑制 被引量：2

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作者 闫徐林 郑永秋 +1 位作者 张成飞 闫树斌 《微纳电子技术》 北大核心 2016年第7期456-460,共5页

谐振式光学陀螺中,利用三角波调制会引入过冲量,对陀螺的输出精度影响极大。对采用三角波调制技术对光电探测器输出方波信号的影响进行了理论推导及仿真,分析表明高次谐波是产生过冲噪声的主要因素。设计了一种含有可调低通滤波电路的... 谐振式光学陀螺中,利用三角波调制会引入过冲量,对陀螺的输出精度影响极大。对采用三角波调制技术对光电探测器输出方波信号的影响进行了理论推导及仿真,分析表明高次谐波是产生过冲噪声的主要因素。设计了一种含有可调低通滤波电路的光电探测器对高次谐波进行抑制,调制信号输入频率范围为400 kHz^1.8 MHz,将光电探测器截止频率分别设置为调制频率的1~1.5倍、3~3.5倍和6~8倍对光电探测器性能进行测试。结果表明,所设计的电路达到了消除过冲噪声的目的,最大可抑制16 dB左右的过冲噪声,尤其对2,3次等低倍频的谐波具有良好的抑制效果。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 三角波调制 过冲噪声 谐波 光电探测器 抑制

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谐振式集成光学陀螺中电流调谐致强度噪声研究 被引量：1

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作者 郅银周 冯丽爽 +1 位作者 王俊杰 唐依创 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期1836-1841,共6页

采用半导体激光器(LD)是谐振式集成光学陀螺(RIOG)小型化发展的重要趋势,但是LD的电流调谐特性会引入强度噪声.理论分析了电流调谐致强度噪声对开环RIOG性能的影响,得到频率锁定位置与LD输出光强之间为线性关系.随后,提出了基于频率锁... 采用半导体激光器(LD)是谐振式集成光学陀螺(RIOG)小型化发展的重要趋势,但是LD的电流调谐特性会引入强度噪声.理论分析了电流调谐致强度噪声对开环RIOG性能的影响,得到频率锁定位置与LD输出光强之间为线性关系.随后,提出了基于频率锁定位置的强度噪声抑制方案,通过频率锁定位置实时监测LD输出光强的变化,根据监测值得到补偿系数,并补偿陀螺输出.建立了抑制电流调谐致强度噪声的理论模型,并进行了实验验证,RIOG的零偏稳定性由0.768(°)/s提高到0.103(°)/s. 展开更多

关键词 谐振式集成光学陀螺(RIOG) 半导体激光器(LD) 电流调谐 强度噪声 补偿

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谐振式光学陀螺的改进型伺服控制器设计 被引量：1

15

作者 孙颖 张成飞 +2 位作者 刘文耀 刘俊 唐军 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期213-216,共4页

谐振式光学陀螺需要使用激光器频率锁定技术实现其中一路的频率锁定,探测另一路的谐振频率。在实现激光频率锁定后,陀螺系统会受环境因素的影响在锁频环路中产生超低频漂移,传统的比例积分伺服控制器产生的增益不能够抑制该漂移。本文... 谐振式光学陀螺需要使用激光器频率锁定技术实现其中一路的频率锁定,探测另一路的谐振频率。在实现激光频率锁定后,陀螺系统会受环境因素的影响在锁频环路中产生超低频漂移,传统的比例积分伺服控制器产生的增益不能够抑制该漂移。本文采用一路为传统的比例积分控制器,另一路为低通滤波器与积分控制器,两路共同作用形成新型伺服控制器进行激光器的频率锁定,提高锁频环路的低频增益,抑制锁频路产生的超低频漂移,通过仿真理论证明其可行性,并进行系统测试,测得锁频环路中的Allan方差值为0.005°/s,且锁频路基本无漂移。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 激光器频率锁定技术 伺服控制器 锁频精度

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谐振式光学陀螺数字锁频精度优化设计 被引量：1

16

作者 李昊天 潘梓文 +2 位作者 刘文耀 唐军 刘俊 《微纳电子技术》 北大核心 2018年第12期890-894,916,共6页

环境温度等外界因素引起的互易性噪声极易改变谐振式光学陀螺中光波导谐振腔特性,对陀螺系统测试产生极大影响。利用高精度的激光频率锁定技术对陀螺系统中的互异性噪声进行有效抑制,提高了陀螺性能。根据谐振式光学陀螺系统工作原理,... 环境温度等外界因素引起的互易性噪声极易改变谐振式光学陀螺中光波导谐振腔特性,对陀螺系统测试产生极大影响。利用高精度的激光频率锁定技术对陀螺系统中的互异性噪声进行有效抑制,提高了陀螺性能。根据谐振式光学陀螺系统工作原理,分析建立激光器锁频闭环回路模型,通过程控运算放大电路改变控制增益,优化激光器电流调谐的控制精度,实现了闭环回路锁频精度的提升与系统中的互异性噪声的抑制。通过搭建的谐振式光学陀螺系统平台测试得到,锁频精度可提高近一个数量级,最终成功将频率锁定精度提升至6.3°/h,陀螺长期零偏稳定性达到31.26°/h。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 光波导谐振腔 激光频率锁定 数字频率锁定 互异性噪声

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谐振式光学陀螺用激光器双电流源混合驱动方法 被引量：1

17

作者 王琪伟 王泽宇 +2 位作者 杨博 周晓娜 徐万扬 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期536-540,共5页

针对谐振式光学陀螺对半导体激光器的窄线宽、低频率噪声和高调谐速率的需求,开展了低噪声、高带宽激光器驱动控制技术研究,提出了双电流源混合驱动的设计方案。采用一个环路带宽被大幅度压缩的大电流恒定电流源和一个环路带宽满足调谐... 针对谐振式光学陀螺对半导体激光器的窄线宽、低频率噪声和高调谐速率的需求,开展了低噪声、高带宽激光器驱动控制技术研究,提出了双电流源混合驱动的设计方案。采用一个环路带宽被大幅度压缩的大电流恒定电流源和一个环路带宽满足调谐要求的小电流压控电流源并联的方式,在对激光器进行高速稳定调谐的同时保证了其具有理想的频率噪声和线宽性能。解决了利用同一电流源提供恒定电流和调谐电流所引入的控制精度损失,或者由高调谐速率所导致的频率噪声和线宽劣化,影响陀螺锁频控制精度的问题。实现了激光器输出频率噪声优于25 Hz/Hz^(1/2)@10 kHz,在整个调谐范围内线宽小于3.6 kHz,以直径60 mm波导谐振腔为敏感环的谐振式光学陀螺为例,陀螺的锁频精度达到3.72°/h(约为0.48 Hz)。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 窄线宽半导体激光器 激光器驱动 锁频控制

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谐振式光学陀螺锁频偏差的消除方法研究

18

作者 孙颖 张成飞 +2 位作者 刘文耀 唐军 刘俊 《压电与声光》 CAS 北大核心 2019年第1期102-105,共4页

谐振式光学陀螺系统需要使用激光器跟踪锁定谐振频率进行角速度检测,但其所用的半导体激光器存在光功率波动问题,受到相位调制器残余强度调制的影响,会使系统的解调曲线中心点发生偏移,导致陀螺系统出现锁定偏差,输出路形成长期漂移,该... 谐振式光学陀螺系统需要使用激光器跟踪锁定谐振频率进行角速度检测,但其所用的半导体激光器存在光功率波动问题,受到相位调制器残余强度调制的影响,会使系统的解调曲线中心点发生偏移,导致陀螺系统出现锁定偏差,输出路形成长期漂移,该文对此进行了仿真分析与实验测试,并通过标定光功率与解调曲线中心点的方式得到两者线性关系,实时检测光功率补偿陀螺系统锁频点,消除光功率波动引起的陀螺输出误差,在本方案下陀螺系统的零偏稳定性测试为80 (°)/h,且输出路无漂移现象,能够提升陀螺系统的长期工作稳定性。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 光功率波动 中心点标定 零偏稳定性 残余强度调制

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谐振式光学陀螺的激光频率锁定技术设计

19

作者 李鑫 郑永秋 +2 位作者 唐军 刘俊 张扬 《光通信技术》 北大核心 2018年第3期22-24,共3页

对谐振式光学陀螺系统构建及原理进行了分析设计,并对该陀螺在国内外的研究现状进行了相应的介绍。同时针对谐振式光学陀螺的激光频率锁定这一问题,提出了叠加式的数字锁频算法,与比例积分(PI)控制器构成的锁频回路相比,能够提高频率锁... 对谐振式光学陀螺系统构建及原理进行了分析设计,并对该陀螺在国内外的研究现状进行了相应的介绍。同时针对谐振式光学陀螺的激光频率锁定这一问题,提出了叠加式的数字锁频算法,与比例积分(PI)控制器构成的锁频回路相比,能够提高频率锁定反馈响应,减小系统功率消耗。对该陀螺系统进行转动测试,并利用Allan方差进行一小时的零偏稳定性拟合计算,证明了设计的数字锁频算法能够满足谐振式光学陀螺系统测试需求,锁频精度达到了预期目标。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 激光频率锁定 叠加式 数字锁频 ALLAN方差

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谐振光学陀螺小型化半导体光源温控模块设计 被引量：3

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作者 车双良 汤金秋 +3 位作者 陈侃 邹康 佘玄 舒晓武 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期531-536,544,共7页

半导体激光器以其窄线宽、驱动电路简单以及易于集成化等优势被广泛应用于谐振式光学陀螺系统中。针对谐振光学陀螺小型化需求,设计了半导体激光器热电制冷器(TEC)温控模块。首先在分析激光器管芯TEC模块传递函数特性的基础上,引入PID... 半导体激光器以其窄线宽、驱动电路简单以及易于集成化等优势被广泛应用于谐振式光学陀螺系统中。针对谐振光学陀螺小型化需求,设计了半导体激光器热电制冷器(TEC)温控模块。首先在分析激光器管芯TEC模块传递函数特性的基础上,引入PID反馈模块,设计并确定合适的反馈参数。结果表明补偿后闭环系统相位裕量为76°,增益裕量为44.8 dB,具有较好的直流响应和动态性能,并测得稳定工作时温度波动量小于0.01℃。最后对激光器输出光学性能进行测试,中心频率漂移在10 MHz量级,激光器线宽为3.1 kHz,结合谐振式光学陀螺的典型参数计算得到谐振腔精细度为33,极限灵敏度为0.14°/h。满足高性能谐振式光学陀螺中小型化光源的使用需求。 展开更多

关键词 半导体激光器 谐振式光学陀螺 热电制冷器温控模块 PID反馈

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