光频域偏振测量（OFDP）是一种基于扫频激光干涉原理的分布式光纤偏振测试技术，它能够精确获取保偏光纤、器件、组件与光路的偏振特性及其空间分布，实现高性能器件与光路的性能测试与质量评价，以及缺陷分析与故障诊断。OFDP优点是可兼顾超高测量灵敏度、超大测量范围、高精细度、长测量距离、动态快速测量等，已逐渐发展成为性能最优的分布式光纤测量技术之一。本文回顾了OFDP的测量原理，定量分析了分布式偏振串音的测量极限，综述了分布式偏振测试性能提升的若干关键技术，给出了高精度偏振器件与光路的测试典型应用，并讨论了其技术挑战和未来潜在的研究方向。

空芯微结构光纤的弯曲损耗是决定其能否真正应用到光纤陀螺中的一个核心指标。设计并成功拉制出一款具有超低弯曲损耗的19芯空芯光子带隙光纤，通过与拉制的具有相近纤芯直径的空芯反谐振光纤进行对比，详细探究了空芯微结构光纤弯曲损耗的产生机理，证明了空芯光子带隙光纤具有更优异的抗弯曲特性。使用对称缠绕法，在0.25 cm的极限弯曲半径下，实验测量得到的空芯光子带隙光纤的弯曲损耗为每圈3.63×10^-3 dB @1624 nm，这是目前实验报道的空芯微结构光纤在最小弯曲半径下的最低弯曲损耗。面向光纤陀螺的应用需求，首次实验研究了在不同张力下空芯光子带隙光纤敏感环的插入损耗的变化情况。研究结果显示，随着绕制张力的增加，环体插入损耗显著增加，因此宜在小张力条件下进行空芯光子带隙光纤敏感环的绕制。研究成果对空芯微结构光纤在光纤陀螺领域的实用化进程有着重要的推进作用。

针对高精度光纤平台系统误差补偿的需求，有效地提高光纤平台的应用精度及启动快速性，该文考虑了加速度计的杆臂误差、惯性仪表的时间不同步误差、安装误差及标度因数误差等误差特性，建立了两级标定的Kalman滤波方程。采用Kalman滤波法实现误差参数的辨识，并对该方法进行了仿真分析和实验验证。仿真和实验结果表明，所设计的系统级标定方法能够估计出所有的误差参数，且具有较高的应用性能，对于提升高精度光纤平台的应用精度具有重要意义。

针对车载行进间状态下光电平台稳像效果不佳的问题, 提出了一种有效的优化方法, 即减小陀螺采样频率和系统控制周期, 在驱动电路中增加电流环, 同时在控制回路中增加扩张状态观测器实现对扰动的观测和补偿。从摇摆台测试和实际跑车测试两方面检验了所提出方法的有效性。摇摆台三轴3°、2 s摇摆条件下, 光电平台双轴稳定精度优于0.15 mil(1σ); 土石路面, 车速15~30 km/h情况下, 光电平台双轴稳定精度优于0.2 mil(1σ)。该方法简单有效, 在传统PID算法的基础上, 仅需做适当的优化, 即可实现较明显的稳定精度改善。该方法同样适合于舰载、机载光电平台, 并已在相应的光电平台中得到应用。

光纤陀螺线形检测系统是一种测量路面线形曲线的检测方法。结合光纤陀螺线形检测原理以及常用的路面平整度指标, 研究了一种基于光纤陀螺的路面平整度指标获取方法。实验分析和应用结果证明, 线形测量过程中所采集的光纤陀螺角速度概率分布和标准差与路面平整度具有较强的关联性。通过提取光纤陀螺检测桥梁线形的高程标准差, 可得到路面平整度系数。本方法可反映路面的宏观平整度以及路面传递至车辆的行车舒适性, 并且可实现桥梁线形和平整度的同时测量, 具有方便高效准确的优点和较大的应用推广价值。

分析了偏振波动噪声和背散噪声对谐振式光纤陀螺精细度的影响。搭建了光纤环形谐振环测试系统,实验结果表明:通过使用偏振控制器和保偏光源抑制偏振波动噪声, 能使光纤谐振环的特性参数精细度由64.67提高到101, 谐振深度由0.5033提高到0.712。并且测得光纤谐振腔中背向散射光与主信号强度之比为0.0267%。研究结果可为谐振式光纤陀螺的小型化和高灵敏度提供理论参考。

针对目前谐振式光纤陀螺中存在的跟踪失锁问题开展研究,分析了频率跟踪失锁原因及机理,研究表明频率跟踪同步过程中的电流变化以及背向散射、偏振耦合等非互易性噪声引起的谐振峰对称性改变是导致尖峰脉冲和零偏变化的主要原因;随后,提出了基于半导体激光器温度闭环反馈的失锁控制方案,通过温度闭环实现激光器中心频率对光纤谐振腔单个谐振频率的长期跟踪同步,消除频率跟踪失锁引入的陀螺输出误差;对失锁控制总体技术方案、信号处理流程及实现方法进行了详细叙述;最后,成功搭建陀螺原理样机,对采用频率跟踪失锁方案前后的陀螺静态性能进行实验测试,测试表明频率跟踪失锁控制方案将陀螺输出脉冲幅值突变量从3000 (°)/h降低到200 (°)/h,陀螺输出零偏变化从600 (°)/h降低到0,完全消除了频率二次锁定过程中的零位变化,陀螺精度大幅降低到4.9 (°)/h(100 s平滑积分时间)。

设计了用于谐振式光纤陀螺系统中两个半导体激光器相对频率噪声抑制的全光纤光路外差式光学锁相环, 建立并分析了陀螺精度需求和外差式光学锁相环关键参数的关系, 同时对外差式光学锁相环全数字反馈控制环路进行了设计和仿真.通过实验对设计的系统进行性能验证.结果表明两个主从激光器的中心频率实现了参考频率源频率的锁定, 且拍频激光中心频率相对于光纤环形谐振腔谐振频率偏离幅值减小了15 dB.

为了提高光纤陀螺的测量精度, 提出了一种基于小波神经网络的误差补偿方法。首先使用小波分析中的Mallat分解算法提取出陀螺信号中的主趋势项, 对其误差余项进行重构。然后将重构信号作为小波神经网络的目标输出, 将原始陀螺信号作为训练样本。为了提高小波神经网络的训练速度同时防止其陷入局部极小值, 采用增加动量因子和自适应调整学习速率的方法来改进训练方法。训练后建立的神经网络模型对光纤陀螺误差具有良好的估计能力。结果表明, 经过小波神经网络方法补偿后, 光纤陀螺的输出精度达到了0019 4°/s, 光纤陀螺的测量性能得到了提高。

光子晶体光纤陀螺使用光子晶体光纤替代普通光纤绕制光纤环, 是光纤陀螺的发展方向。光纤种类不同, 其热相位噪声特性与传统陀螺存在差异。对光子晶体光纤陀螺光纤热相位噪声展开研究, 利用有限元方法建立光纤模型及噪声模型, 并搭建光源强度噪声抑制光路对热相位噪声进行测量, 通过实验结果与仿真的对比, 验证了模型的正确性。