一种适用于干涉式光纤陀螺的检测电路系统误差的开环测试方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于干涉式光纤陀螺的检测电路系统误差的开环测试方法，本测试方法采用数字式逐点平均扫描的方法恢复其原始波形，将调制串扰信号经过前置滤波电路放大，Ａ／Ｄ转换器转换成数字干扰信号后，进入中心处理器中进行处理并传送到信息融合计算，计算结果通过Ｄ／Ａ转换器转换成模拟信号后输出，即为恢复出的干扰原始波形。此种测量方法能够有效地测量干涉式光纤陀螺内部的周期性串扰信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对误差信号的测试方法，更特别地说，是指一种适用于干涉式光 纤陀螺的信号处理装置(检测电路)中调制串扰误差的开环测试方法。
技术介绍
干涉式光纤陀螺是一种测量角速度的仪器，其硬件包括光源1、耦合器2、Y波导3、 光纤环4、光电探测器5和信号处理装置6(也称角速度信息的检测电路)组成(请参见图 1所示)。所述的信号处理装置6包括用于对光电探测器5输出的光功率信号进行滤波 放大的前放滤波电路61，然后滤波放大的光功率信号顺次经A/D转换器62、中心处理器63、 D/A转换器64和放大调理电路65后输出调制信号作用到Y波导3上(请参见图2所示)； 所述的晶振电路66提供中心处理器63所需的时钟信息；所述中心处理器63可以由DSP芯 片实现、也可以由FPGA芯片实现、也可以由DSP芯片+FPGA芯片实现。干涉式光纤陀螺对 角速度的测量是通过在光纤环4中传播的两束相向的光在光纤陀螺自身的转动中，引起的 非互易相位差的大小来表征的。陀螺是一种敏感相对于惯性空间角运动的装置。它作为一 种重要的惯性敏感器，用于测量运载体的姿态角和角速度，是构成惯性系统的核心器件。可 以应用在飞行器导航、舰船导航和陆用导航中。干涉式光纤陀螺环形干涉仪中，光波在Y波导3和耦合器2之间的两路光路的群 传输时间之差倒数的二分之一称为光纤陀螺的本征频率(eigen frequency) 0光纤陀螺最 小互易性结构的光功率响应是一个隆起的余弦函数，为了获得较高的灵敏度，故给该信号 施加一个偏置，使之工作在一个响应斜率不为零的点附近。而Y波导3中的寄生非线性或 振幅调制可能会削弱偏置的质量。在Y波导3非线性的情况下，一种简单的解决方法是使 光纤陀螺环工作在本征频率(或其奇次谐波)上，因此，光纤陀螺的信号处理装置6通常都 是基于其本征频率来设计其控制时序的。在数字闭环光纤陀螺中，调制、解调技术是提高光纤陀螺精度、改善陀螺抗干扰能 力的重要手段，闭环反馈控制技术是提高陀螺动态范围、改善标度因数线性度的重要方法， 但这两项技术也导致信号检测电路设计复杂，引入多项检测误差。其中最主要的一项检测 误差为调制串扰误差，是由于调制信号通过光路和电路串扰到闭环前向通道中产生，是数 字闭环光纤陀螺特有的一种误差。
技术实现思路
为了测试干涉式光纤陀螺的信号处理装置(检测电路)中的调制串扰信号f2并恢 复其原始波形，本专利技术提出一种适用于干涉式光纤陀螺的检测电路调制串扰误差的开环测 试方法。该开环测试方法采用数字式逐点平均扫描方式对调制串扰信号4进行扫描，然后 对获取的扫描信号进行累加平均的融合处理，最后复原得到调制串扰信号f2的原始波形。 本专利技术方法利用了调制串扰信号f2的干扰源为调制方波同频的周期信号，因此能够有效地测量出光电转换后的探测器信号受到同频周期信号干扰的情况。本专利技术的，所述 检测电路(信号处理装置)包括有前放滤波电路、A/D转换器、中心处理器、D/A转换器、放 大调理电路和晶振电路；前放滤波电路对光电探测器输出的光功率信号进行滤波放大 处理，然后滤波放大后的光功率信号经A/D转换器后形成调制串扰信号&输出给中心处理 器；为了实现对调制串扰信号f2依照图3所示的周期性波形进行数字式逐点平均扫描，并 将扫描获得的信息进行处理的步骤为第一步采样时序控制单元控制时钟信息t来获得调制串扰信号f2进行数字式逐 点平均扫描的采样时间点、；第二步在采样时间点、上，对调制串扰信号f2在一个干扰信号的周期T内均勻 采样M次，并将采样值储存在相应的采样寄存单元中；所述采样值Xij中i表示循环次数，i = 1,2,... N，N表示设定的最大循环次数；所述采样值、中j表示采样次数，j = 1,2,...Μ,M表示设定的最大采样次数；第三步多路选择单元依据顺时方式对采样寄存单元Α、采样寄存单元B至采样寄 存单元M中的采样值进行通道选通；第四步移位累加存取单元对接收到的采样寄存单元A中的采样值进行移位累加 处理，得到第一个累加和；移位累加存取单元对接收到的采样寄存单元B中的采样值进行移位累加处理，得 到第二个累加和；移位累加存取单元对接收到的采样寄存单元M中的采样值进行移位累加处理，得 到第M个累加和；第五步累加和平均单元对接收的第一个累加和进行平均处理，得到第一个采样 平均值；累加和平均单元对接收的第二个累加和进行平均处理，得到第二个采样平均值；累加和平均单元对接收的第M个累加和进行平均处理，得到第M个采样平均值；第六步将第一个采样平均值、第二个采样平均值、……、第M个采样平均值进行 时间_电压的拟和，得到恢复后的串扰噪声。本专利技术是，其优 点在于(一)能够有效的测量光电转换后的探测器信号受到同频周期信号干扰的情况； (二)使用检测电路(信号处理装置6)本身对干扰信号进行采样、累加，并恢复出原始干扰 信号波形，不使用外部仪器(如锁相放大器)，简单易行；(三)信号处理过程完全在中心处 理器63内部进行，既可以恢复周期干扰信号的原始波形，也可以恢复周期干扰信号解调后 的波形。附图说明图1是
技术介绍
中干涉式光纤陀螺的结构框图。图2是
技术介绍
中干涉式光纤陀螺的信号处理装置的结构框图。图3是本专利技术数字式逐点平均扫描原理示意图。图4是本专利技术数字式逐点平均扫描法恢复调制串扰信号原始波形结构示意图。图5A是实测含有周期串扰噪声信号的时间_电压关系曲线图。图5B是采用本专利技术方法提取出的串扰噪声的时间_电压关系曲线图。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。为了测试干涉式光纤陀螺的信号处理装置(检测电路)中的调制串扰信号f2并恢 复其原始波形，本专利技术提出的一种适用于干涉式光纤陀螺的检测电路系统误差的开环测试 方法，此种测量方法可以有效地测量干涉式光纤陀螺内部的周期性串扰信号。因数字闭环 光纤陀螺中信号处理装置所检测到的系统误差干扰源是与调制方波同频的周期信号(如 图5A所示)，故本专利技术测试方法采用数字式逐点平均扫描的方法来扫描调制串扰信号f2， 然后对扫描获得的采样点信息进行累加平均处理，从而恢复其原始波形。在本专利技术中，数字式逐点平均扫描方法的扫描是按一个周期内的调制方波的波形 (如图3所示)进行的。在本专利技术中，图5A中表示了实测含有调制串扰噪声的信号，信号幅值为1. 5mV，信 号为高斯白噪声分布，内部叠加了幅值为微伏量级的串扰噪声，频率和调制方波信号同频， 调制串扰是数字闭环光纤陀螺的主要误差源，将引起陀螺输出产生死区、周期性噪声干扰、 小角速度漂移、小角速度非线性等误差，严重降低陀螺精度。为了实现对调制串扰信号f2依照图3所示的周期性波形进行“数字式逐点平均扫 描”，本专利技术在中心处理器63选取的载体(芯片)上运用VerilogHDL编程设计进行模式配 置得以实现。参见图4所示，在本专利技术中的中心处理器63包括有采样时序控制单元、移位 累加存取单元、累加和平均单元、结果寄存单元、多路选择单元和采样寄存器；所述的采样 寄存器由多个采样寄存单元构成。在本专利技术中，采样时序控制单元依据晶振电路66提供的时钟信息t，对调制串扰 信号f2采用数字式逐点平均扫描方式进行采样时间点、的控制；在本专利技术中，多路选择单元用于选择当前所需处理的采样寄存单元内的采样值Xlj 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金靖，林松，潘雄，宋凝芳，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11