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光纤陀螺(FOG)随机噪声研究.pdf
维普资讯
·66· 导 航 2002年
光纤陀螺 (FOG)随机噪声研究
柳贵福 李洪涛
(中田船舶工业集团公司船舶系统工程部 北京 100036)
摘 要 Allan方差分析法是在时域上对频率稳定性进行分析的一种通用方
法,在 Allna 方差与功率谱密度 (PSD)之间存在定量关系;通过分析Allna 方差,
可以辨识 出存在于光纤陀螺 (FOG)中的各种类型的噪声及其来源.本文用 Allan
方差法对某型光纤陀螺进行 了具体的分析,从而得到了存在于光纤陀螺的各种噪
声源.
关键词 Allna 方差法;光纤陀螺 (FOG);随机噪声
Allna 方差法是在时域上研究光学陀螺仪及其它振荡器的输出稳定性的强有力工具,最
初是由美国国家标准局的DavidAllna提出,20世纪 60年代在研究作为美国国家频率标准
的铯光频率的误差统计特性时,用这种方法确定了原子钟的频率波动的功率谱 ,其突出特
点是能非常容易地对各种类型的误差源和整个噪声统计特性进行细致的表征与辨识。
Allna 方差法是在时域上对频域稳定性进行分析的一种方法,它不仅适用于分析激光陀
螺 (RLG)和光纤陀螺 (FOG)的误差特性,而且也适用于任何精密仪器的噪声研究,用
其分析产生噪声的随机过程的特性,可从数据中辨识出各种噪声。因此,对光纤陀螺的输
入输出特性 (静态特性)进行 Allna 方差分析,可以确定出存在于光纤陀螺 (FOG)中的
各种噪声。
1 Allan方差法的基本原理
Allna 方差法是一种基于时域的分析方法,其定义为:
(r):去((Q川一Q))
式 (1)中,()表示整体平均;
I(f):1 Q(f)df (2)
r 。
式 (2)中,t“l=t+r,将式 (1)展开则有:
收稿 日期:2O02.o5-2l。
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第 3期 柳贵福等:光纤陀螺 (FOG)随机噪声研究
cr= [:¨+2)一2t+·] (3)
经推导可得 Allan方差与速率功率谱密度之间的关系为:
=4 (4)
式 (4)中,Sn(厂)是随机过程Q(,)的功率谱密度 (PSD),f为相关时间。式 (16)表明
Allan方差正比于随机过程Q(f)的总的功率输出,只是要通过一个传递函数为 的滤波
U
器 。
2 光纤陀螺的噪声分析
光纤陀螺的核心部分是由光纤线圈组成的干涉仪,其对旋转角速度的测量是通过萨格
奈克 (Sagnac)效应来完成的,然而在实际系统中,萨格奈克 (Sagnac)效应非常微弱,这主
要是由于构成光纤陀螺的各个元件都是噪声源,而且存在各种各样的寄生效应,这样便引
起光纤陀螺的输 出漂移和标度因素的不稳定性,从而影响光纤陀螺的性能;这里对影响光
纤陀螺性能的几项最基本的噪声源予以分析,以便为光纤陀螺性能的改进提供一定的依据。
2.1 角度随机游走
角度随机游走 (AngleRandomWalk)是积分宽带速率功率谱密度的结果,这~误差的
主要来源是:光子的自发辐射 (导致两波频率 和 有一波动)、探测器的散粒噪声、
.
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