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光學材料色散常數的測量設計
光學材料色散常數的測量設計
更新时间:2025-04-03 11:03:48

Sagnac效應——在光路旋轉時,順時針、逆時針傳播光束在環路中,繞行一周具有在同一點相遇時,具有光程差,這種光程差可以被轉化為電信号頻率輸出,從而推算出旋轉角速度。

光學材料色散常數的測量設計(光學陀螺随機誤差的Allan方差分析)1

激光陀螺的原理是兩個方向的頻率差與轉動角速度成正比,可以轉化為檢測脈沖數,與轉動角速度之間的線性關系。

光學材料色散常數的測量設計(光學陀螺随機誤差的Allan方差分析)2

光纖陀螺根據相位差,将相位差轉化為電信号,根據相位差與轉速之間的關系,求得轉動角速度。

光學材料色散常數的測量設計(光學陀螺随機誤差的Allan方差分析)3

光學陀螺的輸出的脈沖數與旋轉角速度以及一些環境因素參數之間存在關系,IEEE曾給出光學輸出模型。其中誤差主要有三項構成。環境敏感誤差,主要為溫度誤差,漂移誤差和标度因子誤差。

光學材料色散常數的測量設計(光學陀螺随機誤差的Allan方差分析)4

表征光學陀螺存在幾個性能指标。

标度因數:陀螺儀輸出量與輸入角速度的比值;

零偏:輸入角速度為零時陀螺儀的輸出,以規定時間内測量的輸出量的平均值相應的等效輸入角速度表示,習慣上取(度/小時)的量綱。

零漂:又稱為零偏穩定性。通常,靜态情況下光學陀螺長時間穩态輸出一個平穩随機過程,即穩态輸出将圍繞零偏起伏和波動,表示這種波動的标注差被定義為零漂。

光學材料色散常數的測量設計(光學陀螺随機誤差的Allan方差分析)5

随機遊走系數:由于白噪聲産生的随時間的積累的輸出誤差系數,反映了光學陀螺輸出随機噪聲的強度。

光學材料色散常數的測量設計(光學陀螺随機誤差的Allan方差分析)6

光學陀螺的随機誤差包括:量化噪聲、角随機遊走、零偏不穩定性、角速率随機遊走、速率斜波和正弦分量。

光學材料色散常數的測量設計(光學陀螺随機誤差的Allan方差分析)7

20世紀60年代,美國提出了一種基于時域的分析方法,Allan方差法能非常容易地對各種誤差源及其對整個噪聲統計特性的貢獻進行細緻的表征和辨識,變于計算、易于分離等優點。

首先對樣本進行分組。

光學材料色散常數的測量設計(光學陀螺随機誤差的Allan方差分析)8

計算每組的平均值,計算平均值之間的誤差平方和的平均,計算這些平均值之間的樣本方差。

光學材料色散常數的測量設計(光學陀螺随機誤差的Allan方差分析)9

這個地方不太容易理解;這是計算所有樣本之間方差嗎?是計算他們之間的誤差平方和吧。

将角度進行Allan方差的估計;

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由角度測量也可以推導出,光纖陀螺的Allan方差,光纖陀螺

光學材料色散常數的測量設計(光學陀螺随機誤差的Allan方差分析)11

Allan方差它是光學陀螺穩定性的一個度量。

Allan方差提供了一種方法,能夠識别并量化存在于數據中的不同噪聲項。

光學材料色散常數的測量設計(光學陀螺随機誤差的Allan方差分析)12

量化噪聲:

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角度随機遊走系數,角速率遊走系數;

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零偏不穩定性

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角速率随機遊走;

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速率斜坡的出現:

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指數相關噪聲:即馬爾科夫過程,用具有有限相關時間的指數衰減函數描述;

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正弦噪聲:這種噪聲用一組特定的頻率函數描述。

光學材料色散常數的測量設計(光學陀螺随機誤差的Allan方差分析)19

得到角随機遊走系數,得到allan方差分析,

光學材料色散常數的測量設計(光學陀螺随機誤差的Allan方差分析)20

若各噪聲源是統計獨立的,則Allan方差可以表示為各類型誤差的平方和。

光學材料色散常數的測量設計(光學陀螺随機誤差的Allan方差分析)21

可以通過計算求得各個誤差系數的估計值;

光學材料色散常數的測量設計(光學陀螺随機誤差的Allan方差分析)22

Allan方差的估計精度

光學材料色散常數的測量設計(光學陀螺随機誤差的Allan方差分析)23

光學材料色散常數的測量設計(光學陀螺随機誤差的Allan方差分析)24

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