基于光子灯笼实现光纤陀螺在线检测的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及光纤陀螺技术领域，尤其涉及基于光子灯笼实现光纤陀螺在线检测的方法及系统，检测的系统包括光源、保偏耦合器、Y波导调制器、少模光纤环圈、光电探测器、数字信号处理器、光时域反射仪、第一光子灯笼及第二光子灯笼，检测的方法包括如下步骤：光时域反射仪的监测光传输给第一光子灯笼并转换为高阶模再通过少模光纤环圈后到达第二光子灯笼后再原路反射回到光时域反射仪；当检测到奇异点时，若应力变化超范围，则将奇异点剔除，若应力变化不超范围，则奇异点保留。本发明专利技术提供的方法及系统可以有效剔除陀螺输出中因应力变化导致的奇异点，从而保证导航定位精度。从而保证导航定位精度。从而保证导航定位精度。

【技术实现步骤摘要】
基于光子灯笼实现光纤陀螺在线检测的方法及系统


[0001]本专利技术涉及光纤陀螺
，尤其涉及基于光子灯笼实现光纤陀螺在线检测的方法及系统。

技术介绍

[0002]惯性导航系统具有自主性、实时性、连续性的技术特点，已成为最佳导航设备。光纤陀螺作为一种高性价比光电惯性元件，具有成本低、高可靠、全固态静默式工作、系统兼容性强等特点，以其为核心的惯性测量产品已在诸多领域应用。
[0003]光纤陀螺具有很大的精度潜力，当前高精度光纤陀螺的零偏稳定性可达0.00001
°
/h，使其成为长航时惯导主要核心器件之一。限制光纤陀螺长航时应用的因素之一是其长期稳定工作的能力，而光纤环圈性能的长期稳定性又成为光纤陀螺能否长期稳定工作的决定性因素。绕制高精度光纤陀螺用光纤环圈通常需要十公里以上光纤，光纤长度的增加导致环圈中存在应力点的可能性大幅升高，而应力释放的需要的时间通常较长。若环圈内部应力分布在光纤陀螺长航应用时发生变化，将可能导致陀螺输出产生奇异点。
[0004]现有一篇公布号为CN110990943A的专利申请文件，记载了一种基于控制力矩陀螺群奇异几何意义的奇异点判定方法，其根据各个力矩陀螺的框架角、初始力矩矢量和初始角动量矢量，分别计算SGCMG中各个力矩陀螺的力矩矢量和角动量矢量；再根据各个力矩陀螺的力矩矢量计算SGCMG的准奇异矢量；再根据所述准奇异矢量与所述各个力矩陀螺的力矩矢量，计算SGCMG的奇异系数，并根据奇异系数判断所述各个力矩陀螺的框架角是否为SGCMG的奇异点；若所述各个力矩陀螺的框架角为SGCMG的奇异点，则根据所述各个力矩陀螺的角动量矢量和所述准奇异矢量计算出判定系数，并根据所述判定系数判断SGCMG的奇异点类型，其奇异点的类型分为饱和奇异、双曲奇异、椭圆奇异等，这种奇异点判定方法计算比较复杂，并且其判定出奇异点的类型只是从形状或特性上判断，并没有分析引起奇异点的原因，以及如何处置奇异点。另有一篇公布号为CN115563720A的专利申请文件，记载了一种单框架控制力矩陀螺群在轨奇异分析方法，其判断奇异点的方法与CN110990943A基本相同，均是基于SGCMG的各个框架角得到SGCMG的角动量矢量，并根据角动量矢量建立SGCMG群的角动量输出方程；根据SGCMG群的角动量输出方程得到SGCMG群的输出力矩方程和所述SGCMG群的力矩矩阵；利用所述SGCMG群的力矩矩阵和奇异状态的奇异框架角，得到所述SGCMG的奇异标准，并根据所述SGCMG的奇异标准判断所述SGCMG的各个框架角是否为奇异点；再根据所述奇异点的判断矩阵判断所述奇异点的类型，并得到所述奇异点的奇异方向；
[0005]这两篇专利文件奇异点判定方法计算均比较复杂，并且其判定出奇异点的类型只是从形状或特性上判断，并没有分析引起奇异点的原因，以及如何处置奇异点。
[0006]而惯导系统在无法判定奇异点为应力变化导致还是角速率变化导致的情况下，若把奇异点误判为角速率变化予以保留进行导航解算，将会影响导航的精度；若直接将奇异点认定是应力变化导致而将其剔除，可能造成误剔除，同样会影响到惯导系统的精确导航，
因此必须对造成奇异点的原因做出正确的判断，并根据具体原因决定是否将奇异点予以剔除，才能保证惯导系统导航的精度。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是提供基于光子灯笼实现光纤陀螺在线检测的方法及系统，在长航时导航应用中，通过在线检测少模光纤环圈中应力的变化，有效剔除光纤陀螺输出中因少模光纤环圈应力变化导致的奇异点，从而保证光纤陀螺惯导系统的导航定位精度。
[0008]本专利技术是通过以下技术方案予以实现：一种基于光子灯笼实现光纤陀螺在线检测的系统，其包括光源、保偏耦合器、Y波导调制器、少模光纤环圈、光电探测器、数字信号处理器、光时域反射仪、第一光子灯笼及第二光子灯笼，所述光源与保偏耦合器耦合连接，保偏耦合器与Y波导调制器耦合连接，Y波导调制器的两个尾纤分别与第一光子灯笼及第二光子灯笼的基模输入端耦合连接，第一光子灯笼及第二光子灯笼的输出端分别与少模光纤环圈的两个尾纤耦合连接，光时域反射仪的检测端与第一光子灯笼的高阶模输入端耦合连接，保偏耦合器的探测端与光电探测器的输入端耦合连接，光电探测器与模数转换器连接，模数转换器与数字信号处理器的输入端连接，数字信号处理器的反馈端与数模转换器的输入端连接，数模转换器的输出端与Y波导的反馈端连接，数字信号处理器的输出端及光时域反射仪的输出端分别与上位机连接。
[0009]优化的，光源为ASE宽带光源。
[0010]优化的，第一光子灯笼及第二光子灯笼均为三模光子灯笼。
[0011]进一步，光电探测器与模数转化器之间连接有前置放大器。
[0012]一种基于光子灯笼实现光纤陀螺在线检测的方法，其包括如下步骤：S1：光源输出的光经保偏耦合器到达Y波导调制器后，分为两束基模光分别输出给第一光子灯笼基模输入端、第二光子灯笼基模输入端，两束基模光分别经第一光子灯笼、第二光子灯笼转化成少模光纤的基模光在少模光纤环圈内相向传输后，再次经过相应的光子灯笼转换成单模光纤的基模光，回到Y波导调制器形成干涉光，干涉光再经过保偏耦合器进入光电探测器，再经过AD转换器进行模式转换，到达数字信号处理器对信号进行采集解算获得Sagnac相移后，一方面将陀螺输出信息传输给上位机用于系统解算，同时将Sagnac相移交由第一DA模块进行模式转换后反馈给Y波导调制器；S2：光时域反射仪的监测光传输给第一光子灯笼高阶模输入端，经第一光子灯笼转化成高阶模光后输出给少模光纤环圈，高阶模光经少模光纤环圈传输后到达第二光子灯笼，再经第二光子灯笼的悬空端反射回第二光子灯笼后，再通过少模光纤环圈及第一光子灯笼原路返回至光时域反射仪；S3：上位机实时监测陀螺输出信息并绘制成陀螺输出曲线，光时域反射仪实时监测反射回来的光波，并绘制出应力分布图传输给上位机；S4：当上位机监测到陀螺输出信息超出预设范围时，将此刻的陀螺输出信息作为奇异点，并通过应力分布图查看此刻的应力变化，若此刻应力变化超出预设应力变化范围，则判断此奇异点为由于应力变化引起而将此奇异点剔除，若此刻应力变化在预设应力变化范围内，则判断此奇异点不是由于应力变化引起而予以保留。
[0013]进一步，步骤S4中剔除奇异点时，上位机将前一时刻的陀螺输出作为此时的陀螺输出用于系统解算。
[0014]优化的，光源为宽带光源。
[0015]优化的，第一光子灯笼及第二光子灯笼均为三模光子灯笼。
[0016]进一步，步骤S1中干涉光进入光电探测器后，先经过前置放大器将信号放大后再进入模数转换器。
[0017]专利技术的有益效果：1. 本专利技术提出的方案，在实现光纤陀螺角速度传感功能的同时，可实现光纤环圈中应力变化的在线监测，从而达到辅助惯导系统剔除光纤陀螺输出中因应力变化引起的奇异点的目的。有效避免了光纤陀螺长时间工作时光纤环圈中应力变化影响导航精度，使高精度光纤陀螺满足长航时导航应用领域的需求，并且可以防本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光子灯笼实现光纤陀螺在线检测的系统，其特征在于：包括光源、保偏耦合器、Y波导调制器、少模光纤环圈、光电探测器、数字信号处理器、光时域反射仪、第一光子灯笼及第二光子灯笼，所述光源与保偏耦合器耦合连接，保偏耦合器与Y波导调制器耦合连接，Y波导调制器的两个尾纤分别与第一光子灯笼及第二光子灯笼的基模输入端耦合连接，第一光子灯笼及第二光子灯笼的输出端分别与少模光纤环圈的两个尾纤耦合连接，光时域反射仪的检测端与第一光子灯笼的高阶模输入端耦合连接，保偏耦合器的探测端与光电探测器的输入端耦合连接，光电探测器与模数转换器连接，模数转换器与数字信号处理器的输入端连接，数字信号处理器的反馈端与数模转换器的输入端连接，数模转换器的输出端与Y波导的反馈端连接，数字信号处理器的输出端及光时域反射仪的输出端分别与上位机连接。2.根据权利要求1所述的一种基于光子灯笼实现光纤陀螺在线检测的系统，其特征在于：所述光源为ASE宽带光源。3.根据权利要求1所述的一种基于光子灯笼实现光纤陀螺在线检测的系统，其特征在于：第一光子灯笼及第二光子灯笼均为三模光子灯笼。4.根据权利要求1所述的一种基于光子灯笼实现光纤陀螺在线检测的系统，其特征在于：光电探测器与模数转化器之间连接有前置放大器。5.一种基于光子灯笼实现光纤陀螺在线检测的方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：光源输出的光经保偏耦合器到达Y波导调制器后，分为两束基模光分别输出给第一光子灯笼基模输入端、第二光子灯笼基模输入端，两束基模光分别经第一光子灯笼、第二光子灯笼转化成少模光纤的基模光在少模光纤环圈内相向传输后，再次经过相应的光子灯笼转换成单模光纤的基模光，回到Y波导调制器形成干涉光，干涉光再经过保偏耦合器进入...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵坤，陈馨，马林，于杰，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所，
类型：发明
国别省市：