一种光纤陀螺闭环反馈回路非线性度测试方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种光纤陀螺闭环反馈回路非线性度测试方法及系统，该方法包括：数字信号处理芯片产生调制电压信号后，通过数模转换器和调制波驱动电路输出至Y波导相位调制器，调制电压信号为非线性激发调制波信号和固定阶梯波信号的叠加信号；Y波导相位调制器将调制电压信号转换为调制相位信号，得到调制相位差；光电探测器检测调制相位差，并通过前置放大器和模数转换器输出至数字信号处理芯片；数字信号处理芯片根据调制相位差计算并输出第一解调值；确定模块根据第一解调值确定闭环反馈回路调制系数非线性度。本发明专利技术实现了光纤陀螺的闭环测试，提高了反馈回路非线性测试的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤陀螺闭环反馈回路非线性度测试方法及系统
本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种光纤陀螺闭环反馈回路非线性度测试方法及系统。
技术介绍
光纤陀螺作为一种基于Sagnac效应的惯性角速度传感器，以其特有的技术和性能优势，广泛应用于惯性测量领域。目前，光纤陀螺普遍采用闭环反馈方式，以提高其灵敏度、稳定性、动态范围和标度因素的线性度。反馈回路包括三个关键器件：数模转换器(DAC)、调制波驱动电路(运算放大器)、集成光学调制器(Y波导相位调制器)。DAC将数字信号转换成模拟电流信号，经过调制波驱动电路转换成电压信号，驱动电路的输出是阶梯波和方波叠加的调制信号，最后通过集成光学调制器转换成光相位调制信号，实现光纤陀螺的相位调制。反馈回路调制系数由DAC器件的转换系数kDA，驱动放大电路的放大系数ksd以及Y波导相位调制器的调制系数构成，可表示为：式中，G为Y波导相位调制器两个电极的间距，λ为真空中的波长，ne为铌酸锂晶体非寻常光折射率，γ33为铌酸锂晶体的电光张量系数，Γ为电场和光场的重叠因子，L为铌酸锂晶体的电极长度，V为FPGA(FieldProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)产生的数字调制电压，ΔΦ为调制相位差。理想情况下，数字调制电压与调制相位差之间呈线性关系，即k为常数。而实际情况下，由于DAC自身的差分非线性和积分非线性，调制波驱动电路的增益非线性，Y波导相位调制器的外加电场、光折变效应以及温度特性导致的波导调制系数非线性等，会造成反馈回路调制系数k的非线性。反馈回路调制系数非线性会导致光纤陀螺的输出有随阶梯波周期性变化的干扰误差，当转速相位差小于该非线性误差产生的相位差时，会引起“死区”。研究反馈回路调制系数非线性度的测试方法能够准确获得由调制系数非线性对光纤陀螺输出误差的影响，可为后续反馈回路非线性抑制方法的提出、器件性能的改进提供指导。目前对反馈回路调制系数非线性度的测试方案较少，测试中硬件电路较复杂，测试方法不易实现，且测试中未考虑温度漂移对反馈回路调制系数线性度的影响，测量精度不准确。丁东发在《光纤陀螺用Y波导电光调制特性测试研究》中设计了马赫-曾德干涉仪的非线性测试方法，由于仅测试几个特殊点的非线性关系，测量精度较差。王巍在《光纤陀螺用Y波导相位调制线性度测试方法》中采用最小二乘拟合的方法进行非线性测试，该拟合方法复杂，且测试时陀螺工作于开环状态，易受敏感转速的影响，使得反馈回路非线性测试的准确性较低。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种光纤陀螺闭环反馈回路非线性度测试方法及系统，以解决光纤陀螺反馈回路非线性测试的准确性的问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种光纤陀螺闭环反馈回路非线性度测试方法，包括：数字信号处理芯片产生调制电压信号后，通过数模转换器和调制波驱动电路输出至Y波导相位调制器，所述调制电压信号为非线性激发调制波信号和固定阶梯波信号的叠加信号；所述Y波导相位调制器将所述调制电压信号转换为调制相位信号，得到调制相位差；光电探测器检测所述调制相位差，并通过前置放大器和模数转换器输出至所述数字信号处理芯片；所述数字信号处理芯片根据所述调制相位差计算并输出第一解调值；确定模块根据所述第一解调值确定闭环反馈回路调制系数非线性度。可选的，所述确定模块根据所述第一解调值确定闭环反馈回路调制系数非线性度，包括：所述确定模块采用数字式多点平均的方法对所述第一解调值处理后，得到第二解调值；所述确定模块根据所述第二解调值确定闭环反馈回路调制系数非线性度。可选的，所述非线性激发调制波信号是包含4个调制状态的周期信号，每个状态的持续时间为τ，周期为4τ，τ为光纤环的渡越时间；固定阶梯波是周期为Nτ的锯齿波，每个阶梯状态的持续时间为τ，相邻阶梯的高度设定为ΔA，固定阶梯波的总高度为NΔA，且所述固定阶梯波总高度产生的调制相位差为2π。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种光纤陀螺闭环反馈回路非线性度测试系统，包括数字信号处理芯片、Y波导相位调制器、光电探测器、数模转换器、调制波驱动电路、确定模块、前置放大器和模数转换器，其中，所述数字信号处理芯片，用于产生调制电压信号后，通过所述数模转换器和所述调制波驱动电路输出至所述Y波导相位调制器，所述调制电压信号为非线性激发调制波信号和固定阶梯波信号的叠加信号；所述Y波导相位调制器，用于将所述调制电压信号转换为调制相位信号，得到调制相位差；所述光电探测器，用于检测所述调制相位差，并通过前置放大器和模数转换器输出至所述数字信号处理芯片；所述数字信号处理芯片，还用于根据所述调制相位差计算并输出第一解调值；所述确定模块，用于根据所述第一解调值确定闭环反馈回路调制系数非线性度。可选的，所述确定模块具体用于，所述确定模块采用数字式多点平均的方法对所述第一解调值处理后，得到第二解调值；并根据所述第二解调值确定闭环反馈回路调制系数非线性度。可选的，所述非线性激发调制波信号是包含4个调制状态的周期信号，每个状态的持续时间为τ，周期为4τ，τ为光纤环的渡越时间；固定阶梯波是周期为Nτ的锯齿波，每个阶梯状态的持续时间为τ，相邻阶梯的高度设定为ΔA，固定阶梯波的总高度为NΔA，且所述固定阶梯波总高度产生的调制相位差为2π。本专利技术实施例中，通过数字信号处理芯片产生调制电压信号后，通过数模转换器和调制波驱动电路输出至Y波导相位调制器，所述调制电压信号为非线性激发调制波信号和固定阶梯波信号的叠加信号；所述Y波导相位调制器将所述调制电压信号转换为调制相位信号，得到调制相位差；光电探测器检测所述调制相位差，并通过前置放大器和模数转换器输出至所述数字信号处理芯片；所述数字信号处理芯片根据所述调制相位差计算并输出第一解调值；确定模块根据所述第一解调值确定闭环反馈回路调制系数非线性度。这样，实现了光纤陀螺的闭环测试，从而提高了反馈回路非线性测试的准确性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的光纤陀螺闭环反馈回路非线性度测试方法的流程图；图2是本专利技术实施例提供的光纤陀螺闭环反馈回路非线性度测试方法中光纤陀螺的硬件架构图；图3是本专利技术实施例提供的光纤陀螺闭环反馈回路非线性度测试方法中非线性激发调制波信号对应的调制相位示意图；图4是本专利技术实施例提供的光纤陀螺闭环反馈回路非线性度测试方法中非线性激发调制波的调制相位差示意图；图5是本专利技术实施例提供的光纤陀螺闭环反馈回路非线性度测试方法中第一解调值随阶梯波变化的曲线示意图；图6是本专利技术实施例提供的光纤陀螺闭环反馈回路非线性度测试方法中对第一解调值作数字式多点平均法处理之后的曲线示意图；图7是本专利技术实施例提供的光纤陀螺闭环反馈回路非线性度测试系统的结构图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤陀螺闭环反馈回路非线性度测试方法，其特征在于，包括：数字信号处理芯片产生调制电压信号后，通过数模转换器和调制波驱动电路输出至Y波导相位调制器，所述调制电压信号为非线性激发调制波信号和固定阶梯波信号的叠加信号；所述Y波导相位调制器将所述调制电压信号转换为调制相位信号，得到调制相位差；光电探测器检测所述调制相位差，并通过前置放大器和模数转换器输出至所述数字信号处理芯片；所述数字信号处理芯片根据所述调制相位差计算并输出第一解调值；确定模块根据所述第一解调值确定闭环反馈回路调制系数非线性度。

【技术特征摘要】
1.一种光纤陀螺闭环反馈回路非线性度测试方法，其特征在于，包括：数字信号处理芯片产生调制电压信号后，通过数模转换器和调制波驱动电路输出至Y波导相位调制器，所述调制电压信号为非线性激发调制波信号和固定阶梯波信号的叠加信号；所述Y波导相位调制器将所述调制电压信号转换为调制相位信号，得到调制相位差；光电探测器检测所述调制相位差，并通过前置放大器和模数转换器输出至所述数字信号处理芯片；所述数字信号处理芯片根据所述调制相位差计算并输出第一解调值；确定模块根据所述第一解调值确定闭环反馈回路调制系数非线性度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定模块根据所述第一解调值确定闭环反馈回路调制系数非线性度，包括：所述确定模块采用数字式多点平均的方法对所述第一解调值处理后，得到第二解调值；所述确定模块根据所述第二解调值确定闭环反馈回路调制系数非线性度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非线性激发调制波信号是包含4个调制状态的周期信号，每个状态的持续时间为τ，周期为4τ，τ为光纤环的渡越时间；固定阶梯波是周期为Nτ的锯齿波，每个阶梯状态的持续时间为τ，相邻阶梯的高度设定为ΔA，固定阶梯波的总高度为NΔA，且所述固定阶梯波总高度产生的调制相位差为2π。4.一种光纤陀螺闭环反馈回路非线性度测试系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春熹，孟照奎，郑月，王心，
申请(专利权)人：衡阳市衡山科学城科技创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43