高精度光纤陀螺光源相对强度噪声抑制策略研究

摘要

高精度光纤陀螺普遍采用掺铒光纤光源，这类光源具备输出功率大、光谱宽、中心波长稳定性好等优点。对于采用掺铒光纤光源的光纤陀螺来说，光源强度噪声成为影响光纤陀螺随机游走系数的主要因素[1]。为了进一步提高光纤陀螺性能，有必要对光纤陀螺的相对强度噪声加以抑制。　　本课题针对光纤陀螺相对强度噪声的抑制策略进行研究，从光纤陀螺的原理出发，研究了光纤陀螺相对强度噪声的来源，以及它对后端信号的影响。在相对强度噪声的抑制策略上，本文分别从光纤陀螺的前端和后端的解决方案进行研究。在前端的解决方案上，重点研究了数字噪声相减法和光强外调制法；在后端的解决方案上，研究建模的方法，以此实现滤波。本课题的主要工作如下：　　本课题从理论上分析了光纤陀螺的基本原理，重点介绍了光纤陀螺光源，深入剖析了光纤陀螺光源引起的相对强度噪声，研究了光源波长稳定性、光谱宽度、以及光功率对信号光强度的影响等。通过分析噪声机理及其特性，本文解答了相对强度噪声的表征问题，它能够用来描述总体的噪声水平，可以用随机游走系数或信噪比来表征。　　针对相对强度噪声，在前端的解决方案中，本文分析了多种解决方案，深入剖析数字电路相减法，并进行仿真分析，研究它的技术难点。此外，本文还构建了光强外调制法的系统结构，设计了光强外调制法的反馈控制电路，根据系统的需求确定各个参数，以便有效抑制相对强度噪声，并完成了仿真分析。实验结果表明，这两种方案都能够降低相对强度噪声的影响。　　在处理后端噪声问题上，本文根据光纤陀螺输出数据的特征，提出并建立其线索化模型，在滤波之后，通过随机游走系数评估相对强度噪声。　　（1）首先，详尽探讨时间序列分析法的基本内容，在此基础上将其拓展，创建线索化的模型。线索化模型是一种动态的模型，它能够利用新息来更新模型参数，因此有很强的抗干扰能力。本文还对时间序列分析法建模和线索化建模的本质进行研究，深入挖掘它们的内涵。　　（2）其次，在建立模型的基础上，将模型转换为状态方程，这种改变使模型的阶次提高了，并且增加了一个常数项，更新的模型是可以接受的，这不会让计算量激增。根据光纤陀螺的输出数据，在线实时刷新参数。　　（3）最后，根据系统的状态方程，采用卡尔曼滤波对数据进行处理。考虑到光源强度噪声对陀螺随机游走的系数的影响，应用Allan方差分析法对光纤陀螺随机游走系数进行辨识，通过比对滤波前和滤波后的随机游走系数，证明这种方法能有效的降低强度噪声带来的影响。