哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
近年来，随着惯性导航的发展，各国对惯性测量装置的需求不断增加，惯
性传感器技术也得到飞速提升。光纤陀螺仪(FiberOpticGyro,FOG)凭借其优势
逐渐成为21世纪的主流惯性测量仪器。谐振光纤陀螺仪(ResonatorFiberOptic
Gyro,RFOG)由于其具有可靠性强、稳定性高和易于小型化等特点，逐渐成为惯
性装置中最有前途的角速度测量器之一。然而，RFOG在工作时会受到各类光
学噪声干扰，其中由传播光的偏振波动引起的偏振噪声对系统信号检测精度的
影响最为明显。偏振波动会导致系统产生伪转动信号，且该信号会随着温度的
微小变化发生改变，难以通过补偿手段去除。常用的偏振误差抑制方法存在一
定缺陷无法很好的解决系统偏振噪声问题。因此，如何构建更简洁高效的RFOG
系统结构以实现偏振误差抑制和检测精度的提高是RFOG面对的关键问题和挑
战。针对上述问题，本文的重点研究工作如下：
首先，本文基于Sagnac效应对RFOG的谐振现象及信号检测原理进行了
分析。针对近年来学者提出的保圆光纤谐振腔思路，本文从传输匹配、模式匹
配两个方面对其可行性进行了分析。为探究谐振特性的影响因素，进行了不同
结构参数对谐振腔谐振特性曲线影响的仿真。提出了保圆光纤谐振腔的设计方
案以及RFOG系统整体方案，为后续研究提供了先决条件。
其次，本文针对当前RFOG的入腔光波易激发第二偏振态和光纤谐振腔易
受环境温度变化产生偏振波动等问题，首次对保圆光纤谐振腔开展了深入的理
论和实验研究，并构建了基于保圆光纤的谐振腔传输模型。仿真结果表明，相
较于相同长度的保偏光纤（PolarizationMaintainingFiber,PMF）谐振腔，采用
保圆光纤的谐振腔在温度稳定性方面表现出更好的性能，有效减小了偏振波动
对系统的影响。此外，本文还进行了关于谐振腔偏振稳定性的实验研究，实验
结果验证了理论分析的可靠性，证明了保圆光纤谐振腔对系统偏振误差的优化
作用。
最后，本文提出了一种适用于保圆光纤谐振腔偏振稳定性的RFOG闭环检
测方法，解决了检测信号利用率低、载体转速信息易受噪声干扰等问题。基于
Cordic算法的正弦波产生模块被设计用于激光输出信号的调制。比较了同步方
波解调和同步正弦波解调方法，分析了它们在频域的检测机制，验证了同步方
波解调在提高锁相放大器性能方面的优势。搭建了激光稳频系统，并进行RFOG
系统模块的输出测试实验。
I
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
关键词：谐振式光纤陀螺；保圆光纤谐振腔；偏振波动；调制解调
II
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
Inrecentyears,withthedevelopmentofinertialnavigation,thedemandfor
inertialmeasurementdevicesinvariouscountrieshascontinuedtoincrease,and
inertialsensortechnologyhasalsobeenrapidlyimproved.Fiberopticgyroscope
(FOG)hasgraduallybecomethemainstreaminertialmeasurementin