【摘要】：光纖陀螺是一種常見于多種慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的中高精度的角速度傳感器,是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的核心元件之一,尤其在軍事和航天上擁有廣泛的應(yīng)用。隨著我國軍事現(xiàn)代化的不斷發(fā)展,保證光纖陀螺高性能的同時具有良好的可靠性是所必需的。因此光纖陀螺的故障診斷具有十分重要的意義。光纖陀螺在生產(chǎn)、測試、裝備的過程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)間通常隱含著大量尚未挖掘出的信息,充分利用這些數(shù)據(jù)可以提高光纖陀螺故障診斷技術(shù)的水平。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是目前全球研究的熱門領(lǐng)域,它被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)之中。本文研究了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光纖陀螺故障診斷技術(shù),并實現(xiàn)了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光纖陀螺故障診斷算法。本文以光纖陀螺為研究對象,針對光纖陀螺故障數(shù)據(jù)難以獲取的情況,研究了光纖陀螺的物理模型和光纖陀螺工作中存在的隨機(jī)噪聲,建立了光纖陀螺的數(shù)字模型,同時分析了光纖陀螺故障輸出信號的5種類型,基于光纖陀螺的數(shù)字模型生成了光纖陀螺故障的仿真數(shù)據(jù),解決了數(shù)據(jù)集的獲取問題。針對光纖陀螺故障數(shù)據(jù)特征提取的問題,研究了小波變換、小波包分解重構(gòu)算法,根據(jù)光纖陀螺故障信號的特點選擇db4小波作為小波基函數(shù)對故障信號進(jìn)行3層小波包分解,提取不同頻段的能量信息作為特征向量。針對小波包分解后各種故障類型區(qū)分度不夠高的問題,提出了基于均值比例放大的改進(jìn)方法,增加了不同故障類型數(shù)據(jù)的特征向量的區(qū)分度,解決了光纖陀螺故障數(shù)據(jù)的預(yù)處理問題。針對多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有效訓(xùn)練問題,研究了誤差反向傳播算法,分析了不同損失函數(shù)、目標(biāo)函數(shù)、激活函數(shù)和多種超參數(shù)優(yōu)化方法的優(yōu)缺點。對卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理進(jìn)行了研究,針對光纖陀螺故障信號的特點,提出了使用深度前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的依據(jù),選取了合適的超參數(shù)優(yōu)化算法。針對光纖陀螺的故障診斷,設(shè)計并實現(xiàn)了基于深度前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷算法,分析了sigmoid激活函數(shù)造成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)過擬合的原因,使用了Dropout方法提高了算法的泛化性能,解決了梯度消失問題。針對部分故障數(shù)據(jù)診斷錯誤的問題,提出了加入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)方法,并使用Tensorflow進(jìn)行了實現(xiàn),證明了加入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以有效地提升故障診斷的準(zhǔn)確率。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文lue 公司曾為法國的多枚衛(wèi)星提供 Astrix 200 系列光 0.002°/h。它生產(chǎn)的高精度四軸光纖陀螺的偏置法國海軍艦艇廣泛采用。在 2014 年，它推出了使用光纖陀螺，偏置不穩(wěn)定性低至 4.7×10-6°/h[6]。Optolink 公司的光纖陀螺性能也十分強大，，在 2018號的最新光纖陀螺，偏置不穩(wěn)定性小于 8×10-6°/h，圖5000 型號光纖陀螺[7]。

圖 2-1 Sagnac 效應(yīng)原理 所示，設(shè)光纖環(huán)上一點 M 為兩束光束的共同出發(fā)點發(fā)射兩束光束，同時光纖環(huán)以角速度 順時針轉(zhuǎn)動束 和逆時針光束 。設(shè)光在真空中的傳播速折射率為 ，如果光纖環(huán)相對于慣性空間沒有轉(zhuǎn)動 。此時由于光纖環(huán)相對于慣性空間以角速度 順應(yīng)，使用不同慣性參考系之間的洛倫茲變換公式慣性坐標(biāo)系 中 軸的坐標(biāo)；
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP212;TP183

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本文編號：2693991