干涉式光子晶体光纤陀螺关键技术研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文干涉式光子晶体光纤陀螺关键技术研究博士研究生：王国臣指导教师：高伟教授学科、专业：精密仪器及机械哈尔滨工程大学2016年4月万方数据万方数据分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文干涉式光子晶体光纤陀螺关键技术研究博士研究生：王国臣指导教师：高伟教授学位级别：工学博士学科、专业：精密仪器及机械所在单位：自动化学院论文提交日期：2016年4月论文答辩日期：2016年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学万方数据万方数据ClassifiedIndex：U.D.C：ADissertationfortheDegreeofD.EngResearchonKe

2、yTechniquesofPhotonicCrystalFiberOpticGyroscopeCandidate：WangGuochenSupervisor：Prof.GaoWeiAcA/DemicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpecialty：PrecisionInstrumentandMechanologyDateofSubmission：April,2016DateofOralExamination：June,2016University：HarbinEngineeringUniversity万方数据万方数据哈尔滨工程大学学位论文原创性声

3、明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容

4、编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日万方数据万方数据干涉式光子晶体光纤陀螺关键技术研究摘要光子晶体光纤陀螺（Photoniccrystalfiberopticgyroscope，PFC-FOG），即用光子晶体光纤取代单模和保偏光纤是一个非常有潜力的方案，

5、正逐渐成为当前及未来解决光纤陀螺的温度稳定性、磁敏感性和噪声等问题的研究热点和有效方法。论文以光纤陀螺的环境误差（温度、振动、磁场等）漂移误差问题为切入点，围绕提高干涉式光子晶体光纤陀螺（PFC-FOG）的性能和环境适应性展开相关技术研究，论文主要包含以下方面：（1）论文首先介绍了Sagnac效应，并阐述了光纤陀螺的工作原理，提出PCF-FOG整体结构设计与理论模型建立，最后在对光纤陀螺各个模块分别建模的基础上对整个光纤陀螺系统进行了数字建模，为后续PCF-FOG误差分析做好铺垫；（2）根据光源共享的三轴PCF-FOG方案，提出了保偏光子晶体光纤陀螺的整体结构，对零偏环境误差进行分析，分

6、别建立温度、振动及法拉利漂移模型，采用时域有限差分(FDTD)法对温度场、振动变化环境下引起光纤环的非互易相移进行理论推导，为进一步提高PFC-FOG性能提供理论依据和方向；（3）通过建立光子晶体光纤环温度场模型，并采用时域有限差分法得到温度场变化引起的PCF-FOG温变非互易性相移，其中包括光纤折射率的温度改变引起的非互易相移和光纤涂覆层材料的热膨胀引起的非互易相移；然后通过实际光纤排列及振动受力分析，得到振动会引起光纤环折射率的变化，折射率的变化会直接引起相位变化的结论，最后建立了光纤陀螺的法拉第漂移单轴简易数学模型，同时对陀螺在磁场环境下的三个轴的输出进行了建模，得出了光纤陀螺磁场

7、灵敏度矩阵；（4）通过光纤环绕制参数优化及多元回归模型温度补偿减小了光纤陀螺启动时间，不同光子晶体光纤（n值不同）的漂移大小呈近似线性关系，而且只有折射率改变导致的光纤陀螺速率误差受影响很大，光纤涂覆层膨胀导致的光纤陀螺速率误差相同，证明了光子晶体光纤陀螺在抑制温度误差方面的明显优势，为进一步优化光子晶体光纤提高陀螺精度提供了方向；仿真验证了由振动所导致的PFC-FOG由振动所导致的输出漂移主要取决于沿该敏感轴轴向的振动，在光纤环尾