一种基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺仪随机游走改善方法技术

本发明专利技术属于谐振式光纤陀螺仪领域，公开了一种通过优化采样滤波改善基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺仪随机游走的方法。包括：宽谱光源产生的宽谱光通过Y波导进行移频调制，移频调制信号为周期变化的锯齿波移频信号，其中移频频率为f

【技术实现步骤摘要】
一种基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺仪随机游走改善方法


[0001]本专利技术属于谐振式光学陀螺仪
，尤其涉及一种基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺仪随机游走改善方法。

技术介绍

[0002]基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺仪是基于Sagnac效应的一种高精度惯性角速度传感器，其结合了激光陀螺和干涉式光纤陀螺的优势，通过采用光学谐振原理提高了检测灵敏度，通过增加环路圈数的方式增强了Sagnac效应，具有高精度、小体积、全固态等优势，是光学陀螺技术的重要发展方向之一，近年来，基于宽谱光源的谐振式光学陀螺仪成为该领域研究的热点。
[0003]对于基于宽谱光源的谐振式光学陀螺仪的调制解调，目前研究人员普遍采用高速采样加滤波的方式对信号进行无差别的采样滤波，由于基于宽谱光源的谐振式光学陀螺仪使用Y波导进行锯齿波移频调制，由于锯齿波复位波形不理想，Y波导的锯齿波移频会对光场产生残余频率调制，此时光电信号包含大量的无用噪声且频率成分较为复杂，解调滤波不能完全滤除，会对陀螺输出信号随机游走产生影响，2022年3月，发表在Optics Letters杂志的White－lignt－driven resonant fiber－optic gyro based on round trip filtering scheme文章中，Shuangxiang Zhao等人即采用高速采样加滤波的方式，该方法陀螺输出随机游走较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对
技术介绍
中的问题，提出一种基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺仪随机游走改善方法，能有效改善基于宽谱光源的谐振式光学陀螺仪的随机游走。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。
[0006]一种基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺仪随机游走改善方法，所述方法包括：
[0007]步骤1、宽谱光源产生的宽谱光通过Y波导进行移频调制，移频调制信号为周期变化的锯齿波移频信号，使陀螺工作点以锯齿波调制频率f
mod
进行切换；
[0008]步骤2、对光电探测器输出的光电信号进行前置滤波，将光电信号进行带通滤波处理；
[0009]步骤3、对带通滤波处理后的交流方波信号进行高速采样，经过高速采样的信号为包含转速信息的调制数字方波信号；
[0010]步骤4、对所述调制数字方波信号进行滤波解调，解调出的信号即为陀螺转速信息。
[0011]本专利技术技术方案的特点和进一步的改进为：
[0012](1)步骤1中，锯齿波移频频率f
shift
设置为陀螺洛伦兹曲线半高全宽的调制电压为Y波导调制器的全波电压，调制频率为kHz量级。
[0013](2)所述锯齿波移频调制信号可表示为下式：
[0014][0015]其中，2V为锯齿波移频调制信号的峰峰值，T为锯齿波移频调制信号的复位周期，T(1
‑
X)表示锯齿波移频调制信号的复位时间，X为锯齿波移频调制信号的复位延时。
[0016](3)在步骤1之后且在步骤2之前，所述方法还包括：
[0017]调制后的光信号从耦合器入射到光学谐振腔，产生顺逆时针方向的谐振光，顺逆时针方向的谐振光通过Y波导反向输出进行合光，光场经过光电探测器进行光电转化。
[0018](4)步骤2中，前置滤波选取的低频截止频率为高频截止频率为10f
mod
。
[0019](5)步骤3中，对带通滤波处理后的交流方波信号进行高速采样，由于锯齿波移频信号一个周期结束发生复位跳变时波形不理想，会对光场形成残余频率调制，此时光电信号包含大量的无用噪声且频率成分较为复杂，因此采用间隔采样，使该处包含大量无用噪声的信号不进入解调滤波环节。
[0020](6)步骤4中，对所述调制数字方波信号进行滤波解调，滤波器使用低通滤波器，低通滤波截止频率设置为陀螺工作带宽。
[0021]本专利技术针对目前基于宽谱光源的谐振式光学陀螺仪解调随机游走大的问题，提出了一种基于宽谱光源的谐振式光学陀螺仪采样滤波方法，该方法可以有效消除锯齿波移频信号f
shift
复位带来的残余频率调制误差，从而有效改善了基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺仪的随机游走。
附图说明
[0022]图1为基于宽谱光源的谐振式光学陀螺仪解调采样滤波示意图；
[0023]图2为锯齿波移频调制信号说明示意图；
[0024]图3为间隔采样时序示意图；
[0025]附图标记说明：1为锯齿波移频调制信号；2为前置滤波；3为间隔采样；4为解调滤波；5为锯齿波移频信号、6为调制周期；7为光强信号；8为采样控制信号。
具体实施方式
[0026]下面结合附图对本专利技术技术方案进行详细说明。
[0027]实施例1
[0028]本实施例，一种基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺仪随机游走改善方法，在基于宽谱光源的谐振式光学陀螺仪中，宽谱光源产生的宽谱光通过Y波导进行调制、经耦合器入射到光学谐振腔，产生顺时针(CW)方向与逆时针(CCW)方向的谐振光，顺逆时针方向的光通过Y波导进行合光，通过本专利技术涉及的光电信号采样滤波方法，对光电信号进行解调从而得到
转速信息。
[0029]为了便于说明，如附图1所示，宽谱光源产生的宽谱光通过Y波导进行调制，调制信号为周期变化的锯齿波信号1、光从耦合器入射到光学谐振腔，产生顺逆时针(CW)方向与逆时针(CCW)方向的谐振光，顺逆时针方向的谐振光通过Y波导反向输出进行合光，光场经过光电探测器进行光电转化，转化后的电信号经过前置滤波2进行滤波处理，后通过间隔采样3转化为数字信号，在下位机为数字信号进行解调滤波4，从而得到转速信息。
[0030]为了便于说明，本专利技术涉及的光学调制原理，如附图2所示，给Y波导施加锯齿波移频信号5，锯齿波移频频率设置为陀螺洛伦兹曲线半高全宽的调制电压为Y波导调制器的全波电压，调制信号频率6为kHz量级，实际中的锯齿波移频信号波形为非理想波形，可表示为下式：
[0031][0032]其中，2V为锯齿波的峰峰值，T为锯齿波的复位周期，T(1
‑
X)表示锯齿波的复位时间，X为锯齿波的复位延时。
[0033]为了便于说明，本专利技术涉及的光学解调采样滤波原理，如附图3所示，将经过光电探测器转化后的电信号进行前置滤波处理，将光电信号进行带通滤波，滤波器使用带通滤波，为保证方波信号不失真，要使信号的9次谐波都可以通过，且要保证滤波有较好的去噪效果，前置滤波选取的低频截止频率小于f
mod
、高频截止频率大于10f
mod
，滤波后的信号7如附图3所示，其中突起的包络产生原因为锯齿波发生复位跳变时波形不理想，对光场形成了残余频率调制，该处信号包含大量的无用噪声且频率成分较为复杂。
[0034]使用本专利技术涉及的间隔采样方法，及在采样控制信号8为高电平时进行采用，避开突起包络，使该处包含大量无用噪声的信号不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺仪随机游走改善方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、宽谱光源产生的宽谱光通过Y波导进行移频调制，移频调制信号为周期变化的锯齿波移频信号，使陀螺工作点以锯齿波移频频率f
mod
进行切换；步骤2、对光电探测器输出的光电信号进行前置滤波，将光电信号进行带通滤波处理；步骤3、对带通滤波处理后的交流方波信号进行高速采样，经过高速采样的信号为包含转速信息的调制数字方波信号；步骤4、对所述调制数字方波信号进行滤波解调，解调出的信号即为陀螺转速信息。2.根据权利要求1所述的一种基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺仪随机游走改善方法，其特征在于，步骤1中，锯齿波移频频率f
shift
设置为陀螺洛伦兹曲线半高全宽的调制电压为Y波导调制器的全波电压，调制频率为kHz量级。3.根据权利要求1所述的一种基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺仪随机游走改善方法，其特征在于，所述锯齿波移频调制信号可表示为下式：其中，2V为锯齿波移频调制信号的峰峰值，T为锯齿波移频调制信号的复位周期，T(1
‑
X)表示锯齿波移频调制信号的复位时间，X为锯齿波移频调...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳亚洲，吴凡，李俊，蓝士祺，谷雨，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所，
类型：发明
国别省市：