光纤陀螺光路噪声抑制与噪声相关性研究

摘要

高精度光纤陀螺的信号调制解调一般采用全数字闭环控制方案，光路器件选用超荧光掺铒光纤光源、普通单模光纤耦合器、铌酸锂晶体集成光学器件(Y波导)和保偏光纤环。超荧光掺铒光纤光源的光谱宽度较宽，波长稳定，输出功率高。研究发现在其它条件不变的情况下，光功率越高陀螺的信噪比越高，但是当光功率增加到一定值时陀螺信噪比不再发生变化。为了进一步提高陀螺的精度，必须采取措施抑制光源噪声。本文分析了光源噪声产生的原因，并设计了光源强度噪声抑制方案。具体包括以下几个方面：
　　 首先，从Sagnac效应出发介绍了光纤陀螺的基本原理；描述了光路互易性；剖析高精度光纤陀螺的调制解调方式--阶梯波调制，四态方波偏置。
　　 其次，分析了光纤陀螺中存在的各种光路噪声，从掺铒光纤的发光机理出发，研究了光源的结构模型以及铒离子掺杂特性对光源的影响，阐述了散粒噪声以及探测器噪声的产生机理，重点研究了相对强度噪声产生的原因。
　　 再次，针对信号噪声相关性差或信号延时估计不准确时，光源强度噪声相减法不但不能减小噪声，反而使噪声增大的问题，从理论上分析了干涉信号和耦合器空闲端信号相关系数与光源强度噪声相减法效果的关系，提出了一种利用信号相关性系数预估光源强度噪声相减效果的方法，从而有效的避免了光源强度噪声相减法的缺点。
　　 最后，建立了高精度光纤陀螺的模型，运用MATLAB中的Simulink仿真工具搭建了陀螺的结构框图，并结合实际的陀螺参数进行了仿真，结果表明噪声相减法能够大幅度的降低光源强度噪声，从而提高了陀螺精度。