● 摘要
光纤陀螺由于其结构灵活、性能稳定等优点，已成为惯性导航技术中的重要器件，然而也因此对其可靠性提出了越来越高的要求。长时间运行以及外部空间环境的变化会造成器件本身性能的不稳定，将对光纤陀螺的输出特性产生很大的影响，甚至造成对小角速率输入信号不敏感、输出为零的现象，严重影响了光纤陀螺的应用。本课题以光纤陀螺的健康状况监测为背景，重点研究了闭环光纤陀螺反馈通道的自检技术，采取理论、实验与仿真相结合的方法，提供了光纤陀螺的健康状况信息，对光纤陀螺的工程应用与科学研究都具有一定的参考价值。课题首先分析了影响光纤陀螺输出精度的几个主要因素，并对其中的反馈通道非线性误差进行了重点分析与深入探讨。之后通过理论公式的推导，对比了反馈通道中各部分非线性误差对光纤陀螺性能的影响，得出了反馈通道非线性误差的影响机理理论模型，从而明确了检测对象并为进一步的仿真分析提供理论依据。其次，在对非线性误差检测方法进行调研的基础上，采用经典柱状图算法，提出了针对光纤陀螺反馈通道的非线性误差检测方案，并分别采取上位机检测与FPGA自检的两种方法对非线性误差进行了监测与判断。上位机检测方法的好处在于可以较为准确而直观地得出反馈通道微分非线性（DNL）与积分非线性（INL）的数值，并利用这些数据进行进一步的仿真；而FPGA自检方法则通过设定阈值直接判断出非线性误差是否符合要求，从而更为简便地得出光纤陀螺健康状况信息。最后，在改变调制深度与环境温度的情况下，通过设计仿真分析与开环方波调制实验验证了上述理论的正确性，通过对仿真与实验的进一步分析，得出了非线性误差在不同调制深度及环境温度下对光纤陀螺输出特性的影响机理，为今后光纤陀螺的健康状况监测提供了一种技术基础，具有一定的实际意义。