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激光陀螺的虚拟仿真研究

作　者: 折文集
导　师: 陈楸
学　校: 西北工业大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 环形激光陀螺塞格纳克效应密度矩阵自洽场方程仿真虚拟仪器 Matlab语言
分类号: V241.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 310次
引　用: 2次
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内容摘要

由于环形激光陀螺是目前捷联惯导系统最理想的部件之一，世间各国都投入大量的人力物力对其进行研究，而国内激光陀螺技术与国外先进技术还有较大差距。随着计算机技术和仿真技术的飞速发展，本文将计算机仿真技术运用于激光陀螺的理论研究，对激光陀螺的一些理论现象进行仿真试验，并将虚拟仪器技术运用于仿真中，为激光陀螺的研究开辟了新的途径，对减少研究经费和缩短研究周期具有一定的现实意义。激光陀螺的核心部件为He-Ne环形激光器，而掌握光与介质的相互作用理论是研究激光器的关键，采用拉姆半经典理论为主，在密度矩阵理论的基础上，推导环形谐振腔中描述He-Ne气体增益介质原子运动的光学布洛赫方程，运用介质极化理论得出描述激光陀螺反向行波的光强、位相所满足的自洽场方程组，在此基础上，运用MATLAB仿真软件和虚拟仪器编程语言LabWindows/CVI，对激光陀螺中的介质增益色散特性、频率牵引效应、烧孔效应及模竞争、闭锁效应及环激光的光强和相位特性进行仿真试验研究，并且运用全量子理论，对激光工作原理进行分析，得出二能级系统单模辐射场的光子数密度分布，得出激光场的光子统计分布，仿真激光场的动态建立过程。在激光陀螺自洽场方程组的基础上，运用LabWindows/CVI软件建立了灵活方便的激光陀螺仿真平台，并进行仿真试验，仿真试验结果与理论分析很好的相符合，且能够较好地说明陀螺试验现象，即在闭锁阈值附近，由于闭锁效应和模竞争相互影响，使得激光腔中两行波相互关联，光强差随时间呈周期性变化。

全文目录

第一章绪论  7-13
  1.1 引言  7-8
  1.2 激光陀螺的发展及特点  8-10
  1.3 系统仿真概述  10-11
  1.4 论文研究的内容和意义  11-13
第二章激光陀螺的基本理论  13-21
  2.1 塞格纳克效应  13-14
  2.2 激光陀螺测速原理  14-15
  2.3 激光陀螺的核心--环形激光器  15-18
  2.4 激光陀螺基本误差理论  18-21
    2.4.1 锁区误差  19
    2.4.2 标度因数误差  19-20
    2.4.3 零点漂移误差  20-21
第三章环形激光陀螺模型确立  21-44
  3.1 激光物理理论概述  21-22
  3.2 环形激光电磁场的振荡方程  22-29
  3.3 密度矩阵及其运动方程  29-32
  3.4 二能级原子系统的光学布洛赫方程  32-37
  3.5 环形激光介质的极化及自洽场方程  37-40
  3.6 基于全量子理论的激光光场的运动方程  40-43
  3.7 本章小结  43-44
第四章环形激光陀螺的仿真试验研究  44-64
  4.1 环形激光光子数统计分布及光场的建立  44-48
  4.2 环形激光增益介质特性仿真分析  48-50
  4.3 自洽场方程拉姆系数的仿真讨论  50-55
    4.3.1 小信号单程增益系数  53
    4.3.2 色散与频率牵引效应  53-55
  4.4 环形激光陀螺中镜像烧孔及模竞争的仿真分析  55-60
    4.4.1 镜像烧孔  55-57
    4.4.2 模竞争--烧孔重叠  57-60
  4.5 环形激光陀螺中闭锁效应仿真分析  60-63
  4.6 本章小结  63-64
第五章基于虚拟仪器技术的激光陀螺仿真研究  64-77
  5.1 虚拟仪器技术概述  64-66
    5.1.1 虚拟仪器的硬件系统  65
    5.1.2 虚拟仪器的软件系统  65-66
  5.2 虚拟仪器编程语言LabWindows/CVI概述  66-69
    5.2.1 LabWindows/CVI软件的特点  66-67
    5.2.2 LabWindows/CVI编程环境  67-69
  5.3 激光陀螺敏感机理的实验数据  69-71
  5.4 基于LabWindows/CVI的激光陀螺仿真平台建立  71-72
  5.5 基于虚拟仪器的激光陀螺仿真试验  72-75
  5.6 本章小结  75-77
第六章总结与展望  77-78
参考文献  78-80
致谢  80-81

激光陀螺的虚拟仿真研究

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