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一种谐振式光学陀螺仪高频调制闭环控制系统及方法技术方案

技术编号：40771727 阅读：4 留言：0更新日期：2024-03-25 20:19

本发明专利技术属于谐振式光学陀螺仪技术领域，公开了一种谐振式光学陀螺仪高频调制闭环控制系统及方法，针对宽谱光源谐振式光学陀螺仪中存在的光源相对强度噪声大的问题，通过选择宽谱光源谐振式光学陀螺仪谐振曲线上的高频工作点提高调制锯齿波频率，从而提升系统的调制频率，使系统工作在光源相对强度噪声较小的高频区域。调制后的信号进行合光检测，通过信号调理、相敏解调，伺服控制器，形成锯齿波移频反馈，完成基于锯齿波高频调制的谐振式光学陀螺仪闭环控制，该方法能有效抑制光源的相对强度噪声对陀螺输出的影响，从而提升陀螺的随机游走性能和动态响应范围。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于谐振式光学陀螺仪，尤其涉及一种谐振式光学陀螺仪高频调制闭环控制系统及方法。

技术介绍

1、陀螺仪作为决定惯性导航与制导系统精度、体积的关键器件，急需向高精度、小型化和集成化的方向突破。谐振式光学陀螺结合了激光陀螺和干涉式光纤陀螺的优势，其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，理论上可同时满足高精度与小体积的要求。近年来，使用宽谱光源作为工作光束的方案被提出，用于抑制谐振式光学陀螺的光学噪声，提升了陀螺的实测精度，但截止目前，宽谱光源谐振式光学陀螺实测精度与理论精度仍有较大差距，主要原因为光源的相对强度噪声影响了陀螺输出。

2、2022年，浙江大学针对宽谱光源谐振式光学陀螺仪存在的光源相对强度噪声问题，在optics letters发表了题目为“reduction of relative intensity noise in abroadband source-driven rfog using a high-frequency modulation technique”的文章，文章提出了一种基于正弦波高频调制的技术方法用于抑制光源相对强度噪声；2022年，西安飞行自动控制研究所针对宽谱光源谐振式光学陀螺仪，申请了“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”的专利，专利公开号：cn115752418a，提出了一种使用锯齿波调制的宽谱光源谐振式光纤陀螺开环检测方案。目前基于锯齿波高频调制的闭环宽谱光源谐振式光纤陀螺的技术方案仍处于空白。

<p>技术实现思路

1、本专利技术的目的是针对
技术介绍
中的问题，提出了一种谐振式光学陀螺仪高频调制闭环控制系统及方法，该方法通过选择宽谱光源谐振式光学陀螺仪谐振曲线上的高频工作点提高调制锯齿波频率，从而提升系统的调制频率，使系统工作在光源相对强度噪声较小的高频区域。调制后的信号进行合光检测，通过信号调理10、相敏解调11，伺服控制器12，形成锯齿波移频反馈，完成基于锯齿波高频调制的谐振式光学陀螺仪闭环控制，该方法能有效抑制光源的相对强度噪声对陀螺输出的影响，从而提升陀螺的随机游走性能和动态响应范围。

2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。

3、第一方面，本专利技术提供一种谐振式光学陀螺仪高频调制闭环控制系统，所述系统包括：宽谱光源1、环形器2、y波动3、逆时针光路相位调制器4、顺时针光路相位调制器5、耦合器6、环形谐振腔7、锯齿波高频调制信号8、探测器9、信号调理器10、相敏解调器11、伺服控制器12、频率误差补偿信号13、dds发生器14、锯齿波移频信号15、滤波器16、陀螺输出17；

4、其中，宽谱光源1发出的光经过环形器2、y波导3分为顺逆时针两束通过耦合器6进入谐振腔7形成顺逆时针多模谐振光束；逆时针多模谐振光束经相位调制器4进行锯齿波高频调制信号8的调制后反向通过y波导与顺时针谐振光束合束；合束后的光信号经过环形器2、探测器9进行光电转化，转化后的电信号经过信号调理器10、相敏解调器11、伺服控制器12生成频率误差补偿信号13；频率误差补偿信号13一路进入dds发生器14生成锯齿波移频信号15作用于相位调制器5的顺时针多模谐振光束，形成闭环反馈，使陀螺工作点保持稳定；频率误差补偿信号13另一路经过滤波器16后作为陀螺输出17。

5、进一步的，所述信号调理器10使用带通滤波的手段，所述带通滤波的高频截止频率低于锯齿波高频调制信号的调制频率。

6、进一步的，所述相敏解调器11中将锯齿波高频调制信号的周期ttl基准信号经相位匹配后作为解调的参考信号，对探测到的光强信号进行解调。

7、进一步的，设锯齿波高频调制信号的ttl基准信号正半周期对应的光强均值为i+，锯齿波高频调制信号的ttl基准信号负半周期对应的光强均值为i-，则解调后的误差信号e表示为e＝i+-i-。

8、第二方面，本专利技术提供一种谐振式光学陀螺仪高频调制闭环控制方法，所述方法应用于第一方面所述的系统，所述方法包括：

9、s1，宽谱光源1发出的光经过环形器2、y波导3分为顺逆时针两束通过耦合器6进入谐振腔7形成顺逆时针多模谐振光束；

10、s2，逆时针多模谐振光束经相位调制器4进行锯齿波高频调制信号8的调制后反向通过y波导与顺时针谐振光束合束；

11、s3，合束后的光信号经过环形器2、探测器9进行光电转化，转化后的电信号经过信号调理器10、相敏解调器11、伺服控制器12生成频率误差补偿信号13；

12、s4，频率误差补偿信号13一路进入dds发生器14生成锯齿波移频信号15作用于相位调制器5的顺时针多模谐振光束，形成闭环反馈，使陀螺工作点保持稳定；频率误差补偿信号13另一路经过滤波器16后作为陀螺输出17。

13、进一步的，s2中，对出谐振腔进入相位调制器4的多模谐振光束进行锯齿波高频调制，其中陀螺移频工作点选择在谐振曲线的高阶模上，使锯齿波高频调制信号的频率增大，从而提升光场调制频率。

14、进一步的，s3中，所述相敏解调器11中将锯齿波高频调制信号的周期ttl基准信号经相位匹配后作为解调的参考信号，对探测到的光强信号进行解调；

15、设锯齿波高频调制信号的ttl基准信号正半周期对应的光强均值为i+，锯齿波高频调制信号的ttl基准信号负半周期对应的光强均值为i-，则解调后的误差信号e表示为e＝i+-i-。

16、进一步的，s4中，通过dds发生器控制锯齿波移频信号15的台阶高度，以实时调整锯齿波移频信号15的频率，锯齿波移频信号15的幅度设定为顺时针光路相位调制器5的全波电压v2π。

17、本专利技术针对宽谱光源谐振式光学陀螺仪存在的光源相对强度噪声和系统动态响应范围的问题，提出了一种谐振式光学陀螺仪高频调制及闭环控制方法，主要针对宽谱光源谐振式光学陀螺仪，通过选择宽谱光源谐振式光学陀螺仪谐振曲线上的高频工作点提高锯齿波调制信号的频率，从而提升系统的调制频率，调制后的信号进行合光检测，通过信号调理10、相敏解调11，伺服控制器12，形成锯齿波移频反馈，完成基于锯齿波高频调制的谐振式光学陀螺仪闭环控制，该方法能有效抑制光源的相对强度噪声对陀螺输出的影响，从而提升陀螺的随机游走性能和动态响应范围。

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【技术保护点】

1.一种谐振式光学陀螺仪高频调制闭环控制系统，其特征在于，所述系统包括：宽谱光源(1)、环形器(2)、Y波动(3)、逆时针光路相位调制器(4)、顺时针光路相位调制器(5)、耦合器(6)、环形谐振腔(7)、锯齿波高频调制信号(8)、探测器(9)、信号调理器(10)、相敏解调器(11)、伺服控制器(12)、频率误差补偿信号(13)、DDS发生器(14)、锯齿波移频信号(15)、滤波器(16)、陀螺输出(17)；

2.根据权利要求1所述的一种谐振式光学陀螺仪高频调制闭环控制系统，其特征在于，所述信号调理器(10)使用带通滤波的手段，所述带通滤波的高频截止频率低于锯齿波高频调制信号的调制频率。

3.根据权利要求1所述的一种谐振式光学陀螺仪高频调制闭环控制系统，其特征在于，所述相敏解调器(11)中将锯齿波高频调制信号的周期TTL基准信号经相位匹配后作为解调的参考信号，对探测到的光强信号进行解调。

4.根据权利要求3所述的一种谐振式光学陀螺仪高频调制闭环控制系统，其特征在于，设锯齿波高频调制信号的TTL基准信号正半周期对应的光强均值为I+，锯齿波高频调制信

5.一种谐振式光学陀螺仪高频调制闭环控制方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-4中任一项所述的系统，所述方法包括：

6.根据权利要求5所述的一种谐振式光学陀螺仪高频调制闭环控制方法，其特征在于，S2中，对出谐振腔进入相位调制器(4)的多模谐振光束进行锯齿波高频调制，其中陀螺移频工作点选择在谐振曲线的高阶模上，使锯齿波高频调制信号的频率增大，从而提升光场调制频率。

7.根据权利要求5所述的一种谐振式光学陀螺仪高频调制闭环控制方法，其特征在于，S3中，所述相敏解调器(11)中将锯齿波高频调制信号的周期TTL基准信号经相位匹配后作为解调的参考信号，对探测到的光强信号进行解调；

8.根据权利要求5所述的一种谐振式光学陀螺仪高频调制闭环控制方法，其特征在于，S4中，通过DDS发生器控制锯齿波移频信号(15)的台阶高度，以实时调整锯齿波移频信号(15)的频率，锯齿波移频信号(15)的幅度设定为顺时针光路相位调制器(5)的全波电压V2π。

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【技术特征摘要】

1.一种谐振式光学陀螺仪高频调制闭环控制系统，其特征在于，所述系统包括：宽谱光源(1)、环形器(2)、y波动(3)、逆时针光路相位调制器(4)、顺时针光路相位调制器(5)、耦合器(6)、环形谐振腔(7)、锯齿波高频调制信号(8)、探测器(9)、信号调理器(10)、相敏解调器(11)、伺服控制器(12)、频率误差补偿信号(13)、dds发生器(14)、锯齿波移频信号(15)、滤波器(16)、陀螺输出(17)；

3.根据权利要求1所述的一种谐振式光学陀螺仪高频调制闭环控制系统，其特征在于，所述相敏解调器(11)中将锯齿波高频调制信号的周期ttl基准信号经相位匹配后作为解调的参考信号，对探测到的光强信号进行解调。

4.根据权利要求3所述的一种谐振式光学陀螺仪高频调制闭环控制系统，其特征在于，设锯齿波高频调制信号的ttl基准信号正半周期对应的光强均值为i+，锯齿波高频调...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凡，李俊，蓝士祺，闫博，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：

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