一种基于交替振幅方波的干涉式光纤陀螺调制方法技术

本发明专利技术涉及光纤陀螺技术领域，提供了一种基于交替振幅方波的干涉式光纤陀螺调制方法。该方法包括：选定调值深度a，计算出任意相邻两组方波振幅值；将叠加后的调制信号和反馈信号经过逻辑处理器处理后，作用于铌酸锂集成光学调制器上，对反向传播的两束光进行相位调制；经相位调制的两束光干涉后经相关处理，转为数字信号输入逻辑处理器；根据角速度解调结果计算反馈信号，根据增益链系数解调结果计算增益链系数的偏差值，并通过改写并行DA的参考电压的方式以使增益链系数保持稳定；循环执行上述步骤，不断获得稳定的增益链系数下的角速率。本发明专利技术消除了物理环境改变引起的增益链系数误差，克服了求复位解调增益链系数受制于角速率大小的缺陷。率大小的缺陷。率大小的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种基于交替振幅方波的干涉式光纤陀螺调制方法


[0001]本专利技术涉及光纤陀螺
，尤其涉及一种基于交替振幅方波的干涉式光纤陀螺调制方法。

技术介绍

[0002]光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的角速率传感器，其工艺相对简单、抗冲击性强、动态范围大、体积小、测量精度高，已广泛应用于卫星、导弹、船舶及潜艇导航等领域。光纤陀螺的增益链系数指的是光纤陀螺的反馈回路的系数，它的大小决定了从解调出的角速度信号的数字量转换为反馈相位Φ
F
的倍率，该系数的稳定性对光纤陀螺的性能指标有重要影响。
[0003]然而，增益链系数对部分环境参数敏感。例如温度的变化会导致该系数变化，从而导致光纤陀螺的性能指标劣化。为稳定增益链系数，对于使用方波调制技术的光纤陀螺而言，通常的做法是利用数模转换器在数字相位台阶复位前后产生的固定的相位差"2π"来确定增益链系数的变化。这种做法的缺点是需要等待数字相位台阶复位，不发生复位时无法确定增益链系数的变化。数字相位台阶复位的频率与陀螺的角速率有关，当角速率较小时，数字相位台阶复位的频率很慢，不能实时追踪增益链系数的变化。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于交替振幅方波的干涉式光纤陀螺调制方法，以解决现有技术中增益链系数对部分环境参数敏感而导致光纤陀螺的性能指标劣化，和数字相位台阶不发生复位时无法确定增益链系数的变化的问题。
[0005]本专利技术提供了一种基于交替振幅方波的干涉式光纤陀螺调制方法，包括：
[0006]S1选定调值深度a，根据所述调制深度a计算出任意相邻两组方波振幅值；
[0007]S2将叠加后的调制信号和反馈信号经过逻辑处理器处理之后，并作用于铌酸锂集成光学调制器上，并对光纤环反向传播的两束光进行相位调制；
[0008]S3经过相位调制的所述两束光干涉后经由光电耦合器、光电探测器转换为电压信号，所述电压信号经过隔直、去尖选通、前置放大、差分放大后进入模数转换器，转为数字信号输入所述逻辑处理器；
[0009]S4所述逻辑处理器对接收的所述数字信号进行角速度解调和增益链系数解调，根据角速度解调结果计算所述反馈信号，根据所述增益链系数解调结果计算所述增益链系数的偏差值，并通过改写并行DA的参考电压的方式以使所述增益链系数保持稳定；
[0010]S5循环执行步骤S2
‑
S4，不断获得稳定的所述增益链系数下的角速率。
[0011]进一步地，所述S1中任意相邻两组方波振幅值的计算，包括：
[0012]若调值深度为a，则振幅较小的方波的幅值是
±
a，振幅较大的方波的幅值是
±
(2π
‑
a)。
[0013]进一步地，所述S1中任意相邻两组方波振幅值是预先设定的值。
[0014]进一步地，所述两组方波振幅值是交替排布的。
[0015]进一步地，所述S5包括：
[0016]假设调制信号的周期T＝2/f
e
，在t
±
nT∈[0,1/2f
e
)时，记为状态1；t
±
nT∈[1/2f
e
,1/f
e
)时，记为状态2；t
±
nT∈[1/f
e
,3/2f
e
)时，记为状态3；t
±
nT∈[3/2f
e
,2/f
e
)时，记为状态4，角速度信号进入所述逻辑处理器；
[0017]对于角速度解调，在状态2和状态3对采样信号进行累加，在状态1和状态4对采样信号进行累减，经过一个完整的的周期的累加累减后，获得与角速率的偏差值成比例的数字量，角速率的偏差值大于0，获得正确的所述增益链系数；
[0018]对于增益链系数解调，在状态3和状态4对采样信号进行累加，在状态1和状态2对采样信号进行累减，经过一个完整的的周期的累加累减后，获得增益链系数的偏差值成比例的数字量。
[0019]进一步地，所述调制信号的周期为2/f
e
的前提是系统本征频率为f
e
。
[0020]进一步地，所述S5，还包括：
[0021]在所述状态1和状态2下会出现负斜率，在所述状态3和状态4下斜率翻转，使得一个完整解调周期内被纳入累加累减范围的数据的总和不发生偏移。
[0022]本专利技术与现有技术相比存在的有益效果是：
[0023]1.本专利技术通过解调出增益链系数的变化量，能够消除由于温度、湿度等物理环境改变引起的增益链系数误差，有效提高光纤陀螺的性能。
[0024]2.本专利技术对增益链系数的解调频率不受角速率大小的影响，克服了传统的方波调制在利用2π复位解调增益链系数的方法时受制于角速率大小的缺陷。
[0025]3.相比使用四态调制技术的陀螺，本专利技术能够解决在四态调制下由于干涉信号在相邻脉冲尖峰之间出现负斜率从而导致的采样值不能完全对称的问题。能够在一个完整周期内找到采样值的对称点，从而使得角速率解调和增益链系数解调获取的数据更加准确。
[0026]4.本专利技术的实施不需要对光纤陀螺的硬件部分做出改动，仅需要对程序进行部分修改即可实现。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0028]图1是本专利技术一种基于交替振幅方波的干涉式光纤陀螺调制方法的流程图；
[0029]图2是本专利技术提供的光纤陀螺光路与电路结构示意图；
[0030]图3是本专利技术提供的两个周期的交替振幅调制的波形及时序示意图；
[0031]图4是本专利技术提供的角速率的偏差值大于0且增益链系数无偏差时，总的相位差信
号引起干涉光光强变化的示意图；
[0032]图5是本专利技术提供的增益链系数偏小且角速率的偏差值为0时，总的相位差信号引起干涉光光强变化的示意图；
[0033]图6是本专利技术提供的四态调制与本专利技术所述调制方法在实际采样值上的对比示意图。
具体实施方式
[0034]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本专利技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。
[0035]下面将结合附图详细说明根据本专利技术的一种基于交替振幅方波的干涉式光纤陀螺调制方法。
[0036]图1是本专利技术公开提供的一种基于交替振幅方波的干涉式光纤陀螺调制方法的流程图。
[0037]图2是本专利技术提供的光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于交替振幅方波的干涉式光纤陀螺调制方法，其特征在于，包括：S1选定调值深度a，根据所述调制深度a计算出任意相邻两组方波振幅值；S2将叠加后的调制信号和反馈信号经过逻辑处理器处理之后，并作用于铌酸锂集成光学调制器上，并对光纤环反向传播的两束光进行相位调制；S3经过相位调制的所述两束光干涉后经由光电耦合器、光电探测器转换为电压信号，所述电压信号经过隔直、去尖选通、前置放大、差分放大后进入模数转换器，转为数字信号输入所述逻辑处理器；S4所述逻辑处理器对接收的所述数字信号进行角速度解调和增益链系数解调，根据角速度解调结果计算所述反馈信号，根据所述增益链系数解调结果计算所述增益链系数的偏差值，并通过改写并行DA的参考电压的方式以使所述增益链系数保持稳定；S5循环执行步骤S2
‑
S4，不断获得稳定的所述增益链系数下的角速率。2.根据权利要求1所述的干涉式光纤陀螺调制方法，其特征在于，所述S1中任意相邻两组方波振幅值的计算，包括：若调值深度为a，则振幅较小的方波的幅值是
±
a，振幅较大的方波的幅值是
±
(2π
‑
a)。3.根据权利要求1所述的干涉式光纤陀螺调制方法，其特征在于，所述S1中任意相邻两组方波振幅值是预先设定的值。4.根据权利要求3所述的干涉式光纤陀螺调制方法，其特征在于，所述两组方波振幅值是交替排布的。5.根据权利要求1所述的干涉式光纤陀螺调制方法，其特征在于，所述S5包括：假设调制信号的周期T＝2/...

【专利技术属性】
技术研发人员：王夏霄，邓博文，宋凝芳，杨天宇，王澍，梁爽，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：