一种新型超高精度光纤陀螺仪的信号处理方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种新型超高精度光纤陀螺仪的信号处理方法及装置，在传统的双闭环反馈方案的基础上，改变2π误差的补偿方式，将“误差检测‑闭环补偿”的模式改变为“实时监测‑除法对消”的模式，形成基于除法运算的半波电压实时跟踪通道，这样，不仅能够替代原有第二闭环的工作，还能大大抑制因原有第二闭环中有限位串行D/A转换器的有限位数所引起的截位量化误差，从而可以有效抑制此类量化误差对超高精度光纤陀螺的影响，进一步提高超高精度干涉式光纤陀螺应用的可能性。并且，在不改变传统光纤陀螺全数字闭环方案中信号检测过程的基础上，减少了电子元器件的使用，以最简单的形式消除了第二闭环对光纤陀螺的影响。

Signal processing method and device of a new ultra high precision fiber optic gyroscope

【技术实现步骤摘要】
一种新型超高精度光纤陀螺仪的信号处理方法及装置
本专利技术涉及光纤陀螺
，尤其涉及一种新型超高精度光纤陀螺仪的信号处理方法及装置。
技术介绍
光纤陀螺凭借其测量精度高、灵敏度好、动态范围大、体积小、重量轻、寿命长及易集成等特点，广泛应用于军事和民用领域，在导弹制导、卫星导航和姿态控制等方向起着重要的作用，近年来已经成为全世界的研究热点。超高精度光纤陀螺是目前国际上光纤陀螺技术的巅峰，主要应用于潜艇、航母等高精度舰(艇)载型惯性导航系统，具有重大的军事战略意义。典型的干涉式光纤陀螺仪，如图1所示，主要包括光源101、耦合器102、相位调制器103、敏感光纤环104、探测器105和信号处理模块106。全数字闭环反馈方案是目前光纤陀螺中的主流方案，也是目前国内外超高精度光纤陀螺最适用的方案之一，在全数字闭环反馈方案中，全数字量的数据处理过程能够代替以往的模拟正弦反馈信号，并且可以克服模拟输入偏置的漂移等问题。在传统的光纤陀螺全数字闭环反馈方案中，模拟信号经A/D转换器变换为数字信号，数字信号经过解调、累加、滤波等数字运算后，经D/A转换器变换为模拟信号，施加于集成光学相位调制器上进行反馈，从而完成整个角速率闭环系统。当前，光纤陀螺中最常用的集成光学调制器是铌酸锂光学调制器，简称Y波导，该器件具有分光、起偏及电压-光相位调制等多个功能，其参数稳定性、特性稳定性等直接决定着光纤陀螺的性能优劣，是光纤陀螺闭环中最为核心的光学器件。由于Y波导的关键参数——半波电压，会随外界温度的变化而产生变化，因此，为了抑制由于Y波导的半波电压变化所带来的相位误差，目前的主流方案是在角速率闭环的基础上，增加用于检测Y波导半波电压误差并进行反馈补偿的闭环，称为第二闭环。第二闭环的加入，能够检测Y波导的半波电压误差并进行闭环补偿，使得光纤陀螺在温变环境下可以得到一个稳定、准确的电光调制。通过一定的调制方法，可以将Y波导半波电压的变化与角速率信号一同由探测器转换为电压信号，并由A/D转换器采样进入FPGA中，经过对数字信号的处理后，再由D/A转换器转换为电压信号。在此过程中，由于D/A转换器位数的限制，必然使得Y波导半波电压的跟踪与补偿存在一定的量化误差，在中低精度光纤陀螺中，该量化误差并不是影响陀螺精度的主要误差，然而，对于超/甚高精度光纤陀螺，任何噪声、误差所引起的输出误差都及其明显，即使是量级很小的量化误差，也对战略参考级的超高精度光纤陀螺存在不可忽略的影响，尤其是针对超高精度光纤陀螺的短期精度等的影响十分重大。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种新型超高精度光纤陀螺仪的信号处理方法及装置，用以抑制由于传统第二闭环中串行D/A转换器的有限位数所引起的截位量化误差。因此，本专利技术提供了一种新型超高精度光纤陀螺仪的信号处理方法，包括如下步骤：S1：将调制后的光强信号转换为电压信号，将所述电压信号转换为NAD位的数字信号；S2：对NAD位数字信号分别进行角速率信号解调与2π误差信号解调；S3：将解调后的角速率信号扩位至NS位并进行角速率积分，在生成反馈阶梯波信号的同时实时跟踪形成修正前的角速率输出信号；将解调后的2π误差信号扩位至NS位并进行2π误差积分，实时跟踪形成半波电压基准信号；S4：将所述修正前的角速率输出信号与所述半波电压基准信号进行相除后，输出修正后的角速率。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述新型超高精度光纤陀螺仪的信号处理方法中，在执行步骤S3，将解调后的角速率信号扩位至NS位并进行角速率积分，在生成反馈阶梯波信号的同时实时跟踪形成修正前的角速率输出信号之后，在执行步骤S4，将所述修正前的角速率输出信号与所述半波电压基准信号进行相除后，输出修正后的角速率之前，还包括：对实时跟踪形成的修正前的角速率输出信号进行数字信号调理。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述新型超高精度光纤陀螺仪的信号处理方法中，在执行步骤S3，将解调后的2π误差信号扩位至NS位并进行2π误差积分，实时跟踪形成半波电压基准信号之后，在执行步骤S4，将所述修正前的角速率输出信号与所述半波电压基准信号进行相除后，输出修正后的角速率之前，还包括：对实时跟踪形成的半波电压基准信号进行数字信号调理。本专利技术还提供了一种新型超高精度光纤陀螺仪的信号处理装置，包括：模数转换器，用于将调制后的光强信号转换为电压信号，将所述电压信号转换为NAD位的数字信号；数字信号处理器，用于对NAD位数字信号分别进行角速率信号解调与2π误差信号解调；将解调后的角速率信号扩位至NS位并进行角速率积分，在生成反馈阶梯波信号的同时实时跟踪形成修正前的角速率输出信号；将解调后的2π误差信号扩位至NS位并进行2π误差积分，实时跟踪形成半波电压基准信号；将所述修正前的角速率输出信号与所述半波电压基准信号进行相除后，输出修正后的角速率。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述新型超高精度光纤陀螺仪的信号处理装置中，所述数字信号处理器，用于将解调后的角速率信号扩位至NS位并进行角速率积分，在生成反馈阶梯波信号的同时实时跟踪形成修正前的角速率输出信号，具体包括：所述数字信号处理器，用于将解调后的角速率信号扩位至NS位并进行角速率积分，在生成反馈阶梯波信号的同时实时跟踪形成修正前的角速率输出信号，并对实时跟踪形成的修正前的角速率输出信号进行数字信号调理。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述新型超高精度光纤陀螺仪的信号处理装置中，所述数字信号处理器，用于将解调后的2π误差信号扩位至NS位并进行2π误差积分，实时跟踪形成半波电压基准信号，具体包括：所述数字信号处理器，用于将解调后的2π误差信号扩位至NS位并进行2π误差积分，实时跟踪形成半波电压基准信号，并对实时跟踪形成的半波电压基准信号进行数字信号调理。本专利技术还提供了一种新型超高精度光纤陀螺仪，包括本专利技术提供的上述信号处理装置。本专利技术提供的上述新型超高精度光纤陀螺仪的信号处理方法及装置，是在传统的光纤陀螺全数字双闭环检测方案的基础上，提出的一种能够代替第二闭环功能的检测回路，可以大大抑制第二闭环检测反馈量化误差的方法，能够在传统的光纤陀螺全数字双闭环检测方案的基础上，有效抑制由于原有第二闭环中串行D/A转换器的有限位数所引起的截位量化误差。本专利技术在传统的双闭环反馈方案的基础上，改变2π误差的补偿方式，将“误差检测-闭环补偿”的模式改变为“实时监测-除法对消”的模式，形成基于除法运算的半波电压实时跟踪通道，这样，不仅能够替代原有第二闭环的工作，还能大大抑制因原有第二闭环中串行D/A转换器的有限位数所引起的截位量化误差，从而可以有效抑制此类量化误差对超高精度光纤陀螺的影响，进一步提高超高精度干涉式光纤陀螺应用的可能性。并且，在不改变传统光纤陀螺全数字闭环方案中信号检测过程的基础上，减少了电子元器件的使用，以最简单的形式消除了第二闭环对光纤陀螺的影响。附图说明图1为传统的干涉式光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型超高精度光纤陀螺仪的信号处理方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1：将调制后的光强信号转换为电压信号，将所述电压信号转换为N

【技术特征摘要】
1.一种新型超高精度光纤陀螺仪的信号处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将调制后的光强信号转换为电压信号，将所述电压信号转换为NAD位的数字信号；
S2：对NAD位数字信号分别进行角速率信号解调与2π误差信号解调；
S3：将解调后的角速率信号扩位至NS位并进行角速率积分，在生成反馈阶梯波信号的同时实时跟踪形成修正前的角速率输出信号；将解调后的2π误差信号扩位至NS位并进行2π误差积分，实时跟踪形成半波电压基准信号；
S4：将所述修正前的角速率输出信号与所述半波电压基准信号进行相除后，输出修正后的角速率。


2.如权利要求1所述的新型超高精度光纤陀螺仪的信号处理方法，其特征在于，在执行步骤S3，将解调后的角速率信号扩位至NS位并进行角速率积分，在生成反馈阶梯波信号的同时实时跟踪形成修正前的角速率输出信号之后，在执行步骤S4，将所述修正前的角速率输出信号与所述半波电压基准信号进行相除后，输出修正后的角速率之前，还包括：
对实时跟踪形成的修正前的角速率输出信号进行数字信号调理。


3.如权利要求1所述的新型超高精度光纤陀螺仪的信号处理方法，其特征在于，在执行步骤S3，将解调后的2π误差信号扩位至NS位并进行2π误差积分，实时跟踪形成半波电压基准信号之后，在执行步骤S4，将所述修正前的角速率输出信号与所述半波电压基准信号进行相除后，输出修正后的角速率之前，还包括：
对实时跟踪形成的半波电压基准信号进行数字信号调理。


4.一种新型超高精度光纤陀螺仪的信号处理装置，其特征在于，包括：

【专利技术属性】
技术研发人员：王夏霄，孔令海，张祖琛，郑月，于佳，张春熹，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11