一种谐振式光学陀螺及其非互易性误差信号补偿方法技术

本发明专利技术为光学陀螺领域，公开了一种谐振式光学陀螺及其非互易性误差信号补偿方法。所述激光器Laser通过隔离器ISO与相位调制器PM相连接，所述相位调制器PM的两个输出端分别与环形器CIR1和环形器CIR2的1号端口相连接，所述环形器CIR1的2号端口和环形器CIR2的2号端口分别与耦合器C相连接，两束输入光经过耦合器C后进入光纤谐振腔FRR。经过光纤谐振腔FRR后再次经过耦合器C分别传输到环形器CIR1与CIR2当中。本发明专利技术能够通过消除陀螺的非互易性误差来有效提升陀螺仪的零偏稳定性。有效提升陀螺仪的零偏稳定性。有效提升陀螺仪的零偏稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种谐振式光学陀螺及其非互易性误差信号补偿方法


[0001]本专利技术属于光学陀螺领域；具体涉及一种谐振式光学陀螺及其非互易性误差信号补偿方法。

技术介绍

[0002]光纤陀螺作为一种基于Sagnac效应的惯性传感器，在国防建设、民用导航等领域发挥着重要作用。近年来，微型无人机、微型卫星、微型舰艇等产品的快速发展，人们对惯性传感器的精度、体积、成本等方面提出了更高的要求。由于谐振式光学陀螺具有理论精度高、体积小、成本低等诸多优点，已被各个研究机构广泛研究。随着谐振式光学陀螺关键技术的逐渐突破，其逐渐向小型化、多元化等方面发展。
[0003]在现有的谐振式光学陀螺中，当陀螺采用一路锁频两路差分输出结构时，由于谐振腔等结构非理想对称特性，导致陀螺两路解调曲线不一致，会引入非互易的噪声，而陀螺转动引起谐振腔顺、逆时针环路之间的谐振频差信号较小，导致陀螺输出端与Sagnac效应叠加在一起而无法有效分离，最终制约了陀螺的检测精度。因此，陀螺的非互易性误差一直是制约谐振式光学陀螺精度的重要问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种谐振式光学陀螺及其非互易性误差信号补偿方法，能够通过消除陀螺的非互易性误差来有效提升陀螺仪的零偏稳定性。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]一种谐振式光学陀螺，所述谐振式光学陀螺结构包括工作光源激光器Laser、隔离器ISO、相位调制器PM、光纤谐振腔FRR、环形器CIR1、环形器CIR2、耦合器C、光电探测器PD1、光电探测器PD2、锁相放大器LIA1、锁相放大器LIA2、锁相放大器LIA3、锁相放大器LIA4和伺服控制器Servo；
[0007]所述激光器Laser通过隔离器ISO与相位调制器PM相连接，所述相位调制器PM的两个输出端分别与环形器CIR1和环形器CIR2的1号端口相连接，所述环形器CIR1的2号端口和环形器CIR2的2号端口分别与耦合器C相连接，两束输入光经过耦合器C后进入光纤谐振腔FRR。经过光纤谐振腔FRR后再次经过耦合器C分别传输到环形器CIR1与CIR2当中；
[0008]所述环形器CIR1通过3号端口与光电探测器PD2的输入端相连接，所述光电探测器PD2输出端分别与锁相放大器LIA2与锁相放大器LIA4相连接，所述锁相放大器LIA2一端通过伺服控制器Servo与激光器Laser相连接，另一端传输解调后的一次谐波信号对陀螺的信号进行处理，所述锁相放大器LIA4传输解调后的二次谐波信号；
[0009]所述环形器CIR2通过3号端口与光电探测器PD1的输入端相连接，所述光电探测器PD1输出端与锁相放大器LIA1和锁相放大器LIA3相连接。
[0010]一种谐振式光学陀螺，所述锁相放大器LIA3和锁相放大器LIA4分别输出两束光的二次谐波解调信号并将两个信号做比值处理，所述锁相放大器LIA1和锁相放大器LIA2分别
输出两束光的一次谐波解调信号，通过二次谐波解调信号的比值来修正一次谐波解调信号进而达到对非互易性误差的补偿。
[0011]一种谐振式光学陀螺，所述谐振式光学陀螺结构包括工作光源激光器Laser、隔离器ISO、相位调制器PM、光纤谐振腔FRR、环形器CIR1、环形器CIR2、耦合器C、光电探测器PD1、光电探测器PD2、锁相放大器LIA1、锁相放大器LIA2、锁相放大器LIA3、锁相放大器LIA4和伺服控制器Servo；
[0012]所述工作光源激光器Laser，用于产生激光信号；
[0013]所述隔离器ISO，用于隔离光路中的背向散射光注入回激光器，防止背向散射光影响激光器的稳定性；
[0014]所述相位调制器PM，用于对工作光源激光器Laser产生的光信号进行分束，并分别进行相位调制；
[0015]所述光纤谐振腔FRR，用于产生谐振曲线，敏感角速度；
[0016]所述环形器CIR1，用于隔离输入输出端口沿顺时针方向的光信号，并使输入输出端口沿逆时针方向的光信号通过；
[0017]所述环形器CIR2，用于隔离输入输出端口沿逆时针方向的光信号，并使输入输出端口沿顺时针方向的光信号通过；
[0018]所述耦合器C，用于将两路光信号耦合进光纤谐振腔FRR；
[0019]所述光电探测器PD1，用于探测逆时针传输光信号光强，并将光信号转化为电信号；
[0020]所述光电探测器PD2，用于探测顺时针传输光信号光强，并将光信号转化为电信号；
[0021]所述锁相放大器LIA1，用于对逆时针传输信号进行解调，产生一次谐波解调信号；
[0022]所述锁相放大器LIA2，用于对顺时针传输信号进行解调，产生一次谐波解调信号；
[0023]所述锁相放大器LIA3，用于对逆时针传输信号进行解调，产生二次谐波解调信号；
[0024]所述锁相放大器LIA4，用于对顺时针传输信号进行解调，产生二次谐波解调信号；
[0025]所述伺服控制器Servo，用于将激光器频率锁定在光纤谐振腔FRR顺时针方向的谐振频率上。
[0026]一种谐振式光学陀螺的非互易性误差信号补偿方法，所述补偿方法包括以下步骤：
[0027]步骤1：工作光源激光器Laser的输出光经过隔离器ISO后被分成两束分别沿顺时针和逆时针传输的光波；
[0028]步骤2：相位调制器PM分别对步骤1的顺时针和逆时针传输的两束光进行正弦波相位调制；
[0029]步骤3：将步骤2中经过正弦波相位调制的逆时针传输的光波，依次通过环形器CIR2和耦合器C后进入光纤谐振腔FRR，在光纤谐振腔FRR中沿逆时针方向传输并再次通过耦合器C和环形器CIR2进入光电探测器PD1后，分别被锁相放大器LIA1和锁相放大器LIA3解调为一次谐波信号和二次谐波信号；
[0030]步骤4：将步骤2中经过进行正弦波相位调制的顺时针传输的光波，依次通过环形器CIR1和耦合器C后进入光纤谐振腔FRR，在光纤谐振腔FRR中中沿顺时针方向传输并再次
通过耦合器C和环形器CIR1进入光电探测器PD2后，分别被锁相放大器LIA2和锁相放大器LIA4解调为一次谐波信号和二次谐波信号；经过锁相放大器LIA2解调后的一次谐波信号通过伺服控制器Servo反馈，从而调谐激光器Laser的中心频率；
[0031]步骤5：将步骤3中经过锁相放大器LIA3解调出的二次谐波信号与步骤4中经过锁相放大器LIA4解调出的二次谐波信号先做比值处理；
[0032]步骤6：使用步骤5经比值处理过后的信号分别对锁相放大器LIA1解调出的一次谐波信号和锁相放大器LIA2解调出的一次谐波信号进行修正，最后对修正后的一次谐波信号做差分处理，从而得到陀螺的输出信号。
[0033]一种谐振式光学陀螺的非互易性误差信号补偿方法，所述步骤3和步骤4，经光纤谐振腔FRR后输出的光场为：
[0034][0035][0036][0037]其中，α
PM
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种谐振式光学陀螺，其特征在于，所述谐振式光学陀螺结构包括工作光源激光器Laser、隔离器ISO、相位调制器PM、光纤谐振腔FRR、环形器CIR1、环形器CIR2、耦合器C、光电探测器PD1、光电探测器PD2、锁相放大器LIA1、锁相放大器LIA2、锁相放大器LIA3、锁相放大器LIA4和伺服控制器Servo；所述激光器Laser通过隔离器ISO与相位调制器PM相连接，所述相位调制器PM的两个输出端分别与环形器CIR1和环形器CIR2的1号端口相连接，所述环形器CIR1的2号端口和环形器CIR2的2号端口分别与耦合器C相连接，两束输入光经过耦合器C后进入光纤谐振腔FRR。经过光纤谐振腔FRR后再次经过耦合器C分别传输到环形器CIR1与CIR2当中；所述环形器CIR1通过3号端口与光电探测器PD2的输入端相连接，所述光电探测器PD2输出端分别与锁相放大器LIA2与锁相放大器LIA4相连接，所述锁相放大器LIA2一端通过伺服控制器Servo与激光器Laser相连接，另一端传输解调后的一次谐波信号对陀螺的信号进行处理，所述锁相放大器LIA4传输解调后的二次谐波信号；所述环形器CIR2通过3号端口与光电探测器PD1的输入端相连接，所述光电探测器PD1输出端与锁相放大器LIA1和锁相放大器LIA3相连接。2.根据权利要求1所述一种谐振式光学陀螺，其特征在于，所述锁相放大器LIA3和锁相放大器LIA4分别输出两束光的二次谐波解调信号并将两个信号做比值处理，所述锁相放大器LIA1和锁相放大器LIA2分别输出两束光的一次谐波解调信号，通过二次谐波解调信号的比值来修正一次谐波解调信号进而达到对非互易性误差的补偿。3.根据权利要求1或2所述一种谐振式光学陀螺，其特征在于，所述谐振式光学陀螺结构包括工作光源激光器Laser、隔离器ISO、相位调制器PM、光纤谐振腔FRR、环形器CIR1、环形器CIR2、耦合器C、光电探测器PD1、光电探测器PD2、锁相放大器LIA1、锁相放大器LIA2、锁相放大器LIA3、锁相放大器LIA4和伺服控制器Servo；所述工作光源激光器Laser，用于产生激光信号；所述隔离器ISO，用于隔离光路中的背向散射光注入回激光器，防止背向散射光影响激光器的稳定性；所述相位调制器PM，用于对工作光源激光器Laser产生的光信号进行分束，并分别进行相位调制；所述光纤谐振腔FRR，用于产生谐振曲线，敏感角速度；所述环形器CIR1，用于隔离输入输出端口沿顺时针方向的光信号，并使输入输出端口沿逆时针方向的光信号通过；所述环形器CIR2，用于隔离输入输出端口沿逆时针方向的光信号，并使输入输出端口沿顺时针方向的光信号通过；所述耦合器C，用于将两路光信号耦合进光纤谐振腔FRR；所述光电探测器PD1与光电探测器PD2，均用于探测逆时针传输光信号光强，并将光信号转化为电信号；所述锁相放大器LIA1，用于对逆时针传输信号进行解调，产生一次谐波解调信号；所述锁相放大器LIA2，用于对顺时针传输信号进行解调，产生一次谐波解调信号；所述锁相放大器LIA3，用于对逆时针传输信号进行解调，产生二次谐波解调信号；所述锁相放大器LIA4，用于对顺时针传输信号进行解调，产生二次谐波解调信号；
所述伺服控制器Servo，用于将激光器频率锁定在光纤谐振腔FRR顺时针方向的谐振频率上。4.根据权利要求3所述一种谐振式光学陀螺的非互易性误差信号补偿方法，其特征在于，所述补偿方法包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇刚，梁家泰，杨柳，李宁，刘强，耿靖童，刘顺林，刘展，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：