一種基于光譜演化補償的光纖陀螺標度因數誤差抑制方法技術

本發明專利技術涉及一種基于光譜演化補償技術的光纖陀螺標度因數誤差抑制方法，步驟為：1、采用被動鎖模光纖激光器替換高精度光纖陀螺的摻鉺光纖光源，作為時間拉伸色散傅里葉變換技術的測量基礎；2、搭建時間拉伸色散傅里葉變換測量系統；3、利用時間拉伸色散傅里葉變換測量系統，對光纖陀螺全光路光譜演化情況分別進行實時測量、長期穩定性測量和變溫測量，并根據測量結果構建光譜演化曲線；4、將光譜演化曲線作為可調濾波器參數輸入到光纖陀螺的可調濾波器對ASE光源譜形進行整形優化，實現對全光路光譜變化的補償；5、補償后的光纖陀螺標度因數綜合誤差進行測量。本發明專利技術提高了光纖陀螺全光路光譜的對稱性和穩定性，從而提高了光纖陀螺的標度因數長期穩定性。螺的標度因數長期穩定性。螺的標度因數長期穩定性。

【技術實現步驟摘要】
一種基于光譜演化補償的光纖陀螺標度因數誤差抑制方法


[0001]本專利技術屬于光纖陀螺技術研究領域，特別涉及一種基于光譜演化補償的光纖陀螺標度因數誤差抑制方法。

技術介紹

[0002]相對于GPS等衛星導航系統對空間衛星的依賴性，慣性導航系統依靠自身搭載的慣性元件完成導航和定位功能，采用相對獨立的位置解算技術，并且只與載體自身的運動有關，慣性導航技術具有隱蔽性好、覆蓋范圍廣、短期精度高、自主性強等優點。慣性導航系統能夠實時、連續地提供載體的方向和位置信息，它的核心部件是陀螺儀和加速度計，其中加速度計主要負責測量線運動，而陀螺儀用于感知載體的角運動，通過硬件電路解調出角速率信號，然后利用導航計算機開展一系列的數學運算和坐標變換，最終計算出載體運動的方向、速度和當前時刻的位置。隨著技術水平的提高、光電子元器件性能的提升以及制造工藝的成熟，慣性導航系統已經廣泛應用于航海、航空以及航天領域，在陸用兵器領域也得到大量推廣，其中一個典型應用是作為戰略級核潛艇的高精度長航時自主導航設備，保障戰略級核潛艇長時間在海底潛行，具有極大的戰略威懾作用。
[0003]慣性導航系統的核心部件是陀螺儀，陀螺儀的測量精度直接決定了慣導系統的導航精度，陀螺儀包括：機電陀螺、光學陀螺(主要是激光陀螺、光纖陀螺)。傳統機電陀螺技術已經相當成熟，但是它具有運動部件，抗振性不高，激光陀螺的測量精度高，但其需要嚴格的氣體密封，部件需要精密加工，裝配工藝復雜。與機電陀螺相比，光纖陀螺無運動部件，體積小，抗振動能力強，與激光陀螺相比，光纖陀螺的器件不需要超高精度的光學加工，裝配簡單，不需氣體密封，沒有防止自鎖的機械抖動裝置，成本低。因此光纖陀螺技術發展迅猛，成為當前慣性導航領域的主流元件。
[0004]光纖陀螺是一種以Sagnac效應為工作原理的角速率傳感器，目前受到廣泛研究和應用推廣的光纖陀螺主要是干涉式光纖陀螺和諧振式光纖陀螺，其中干涉式光纖陀螺的精度提升手段簡單，依靠增加敏感環圈的長度和直徑已經將其應用精度提高至0.00001
°
/h量級，諧振式光纖陀螺的解調原理相對復雜，技術實現難度大，雖然理論精度較高，但是依靠現有的技術手段，尤其是諧振腔制作水平，難以突破0.01
°
/h，因此現階段高精度光纖陀螺主要是采用干涉式方案。
[0005]目前，高精度光纖陀螺誤差主要包括標度因數誤差和輸出噪聲誤差，高精度光纖陀螺對標度因數的指標要求是1ppm以內，而影響標度因數指標的因素包括光纖環圈的熱脹冷縮、多重閉環控制的參數變化以及光譜傳輸誤差等。光譜的變化導致平均波長的改變，直接導致光纖陀螺的標度因數發生偏移，此外光源光譜以及光譜在光纖陀螺光路中的傳輸規律對高精度光纖陀螺輸出噪聲誤差也會產生影響。因此通過開展光譜演化補償技術研究從而抑制高精度光纖陀螺的標度因數誤差具有重要的研究意義和應用價值，有望顯著提高高精度光纖陀螺性能，滿足高精度長航時慣性導航系統應用需求。

技術實現思路

[0006]本專利技術的目的是在于克服現有技術的不足之處，提供一種基于光譜演化補償的光纖陀螺標度因數誤差抑制方法。
[0007]本專利技術的上述目的通過如下技術方案來實現：
[0008]一種基于光譜演化補償技術的光纖陀螺標度因數誤差抑制方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0009]步驟1、采用被動鎖模光纖激光器替換高精度光纖陀螺的摻鉺光纖光源，作為時間拉伸色散傅里葉變換技術的測量基礎；
[0010]步驟2、搭建時間拉伸色散傅里葉變換測量系統；
[0011]步驟3、利用時間拉伸色散傅里葉變換測量系統，對光纖陀螺全光路光譜演化情況分別進行實時測量、長期穩定性測量和變溫測量，并根據測量結構構建光譜演化曲線；
[0012]步驟4、將光譜演化曲線作為可調濾波器參數輸入到光纖陀螺的可調濾波器對ASE光源譜形進行整形優化，實現對全光路光譜變化的補償；
[0013]步驟5、補償后的光纖陀螺標度因數綜合誤差進行測量。
[0014]進一步的：步驟1中，被動鎖模光纖激光器括波分復用器WDM、摻鉺光纖、980nm泵源、基于二維材料的可飽和吸收體、單向濾波器、偏振控制器、耦合器和單模光纖；
[0015]泵源發出的光輸入到波分復用器WDM后被分為兩路，第一路光傳輸給摻鉺光纖，第二路光傳輸給基于二維材料的可飽和吸收體，經二維材料的可飽和吸收體輸出的光，先后通過單向濾波器和偏振控制器，分別進行濾波和內偏振態的調整，然后第一路光和第二路光通過耦合器后，最后通過單模光纖輸出給光纖陀螺。
[0016]進一步的：步驟2中，時間拉伸色散傅里葉變換測量系統包括被動鎖模光纖激光器光源、第一耦合器、Y波導、光纖環圈、第二耦合器、第三耦合器、自相關儀、第四耦合器；色散補償光纖；光譜儀；高速示波器；被動鎖模光纖激光器光源發出的光經第一耦合器后輸出給 Y波導，Y波導輸出給光纖環圈，經過光纖環圈后輸出的光通過第二耦合器后分為兩路，其中，第一路光通過第三耦合器后再分為兩路，分別為第三路光和第四路光，第三路光輸出給自相關儀，第四路光通過第四耦合器后再分為兩路，分別為第五路光和第六路光，第五路光輸出給光譜儀，第六路光輸出給高速示波器，同時，第二路光通過色散補償光纖后也輸出給高速示波器。
[0017]本專利技術具有的優點和積極效果：
[0018]本專利技術利用時間拉伸色散傅里葉變換測量技術對光纖陀螺全光路光譜演化進行測量，通過實時、長期穩定性和變溫測量確定光纖陀螺光路光譜的演化規律，并將光譜演化曲線作為濾波參數對光纖陀螺摻鉺光纖光源進行譜型整形和優化，以此提高光纖陀螺全光路光譜的對稱性和穩定性，從而提高了光纖陀螺的標度因數長期穩定性。
附圖說明
[0019]圖1是本專利技術時間拉伸色散傅里葉變換測量系統使用的被動鎖模光纖激光器光源結構示意圖；
[0020]圖2是本專利技術時間拉伸色散傅里葉變換測量系統結構示意圖；
[0021]圖3是本專利技術光譜的平均波長變化曲線圖；
[0022]圖4是本專利技術基于光譜演化補償的光纖陀螺結構示意圖；
[0023]圖5是本專利技術光纖陀螺標度因數測量系統示意圖。
具體實施方式
[0024]以下結合附圖并通過實施例對本專利技術的結構作進一步說明。需要說明的是本實施例是敘述性的，而不是限定性的。
[0025]一種基于光譜演化補償技術的光纖陀螺標度因數誤差抑制方法，請參見圖1
?
5，其專利技術點為，包括如下步驟：
[0026]步驟1、采用被動鎖模光纖激光器替換高精度光纖陀螺的摻鉺光纖光源，作為時間拉伸色散傅里葉變換技術的測量基礎；
[0027]被動鎖模光纖激光器光源1結構如圖1所示，包括波分復用器WDM1.1；摻鉺光纖1.2； 980nm泵源1.3；基于二維材料的可飽和吸收體1.4，可采用黑磷、石墨烯、二硫化鉬等；單向濾波器1.5，用于實現激光器的單向運轉；偏振控制器1.6，用于激光腔內偏振態的調整；耦合器1.7，實現信號光的輸出；單模光本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于光譜演化補償技術的光纖陀螺標度因數誤差抑制方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1、采用被動鎖模光纖激光器替換高精度光纖陀螺的摻鉺光纖光源，作為時間拉伸色散傅里葉變換技術的測量基礎；步驟2、搭建時間拉伸色散傅里葉變換測量系統；步驟3、利用時間拉伸色散傅里葉變換測量系統，對光纖陀螺全光路光譜演化情況分別進行實時測量、長期穩定性測量和變溫測量，并根據測量結構構建光譜演化曲線；步驟4、將光譜演化曲線作為可調濾波器參數輸入到光纖陀螺的可調濾波器對ASE光源譜形進行整形優化，實現對全光路光譜變化的補償；步驟5、補償后的光纖陀螺標度因數綜合誤差進行測量。2.根據權利要求1所述的基于光譜演化補償技術的光纖陀螺標度因數誤差抑制方法，其特征在于：步驟1中，被動鎖模光纖激光器括波分復用器WDM、摻鉺光纖、980nm泵源、基于二維材料的可飽和吸收體、單向濾波器、偏振控制器、耦合器和單模光纖；泵源發出的光輸入到波分復用器WDM后被分為兩路，第一路光傳輸給摻鉺光纖，第...

【專利技術屬性】
技術研發人員：梁鵠，王周祥，羅巍，史英桂，姚琪，李茂春，王玥澤，陳馨，
申請(專利權)人：中國船舶重工集團公司第七零七研究所，
類型：發明
國別省市：