本发明专利技术提供了一种干涉式光纤陀螺仪，包括光源，耦合器，两个信号检测光路，线偏振光产生光路、保偏光纤环；其中，所述光源通过光纤与所述耦合器相连，所述耦合器的两个输出端通过光纤分别与两个所述信号检测光路中的一个信号检测光路连接，所述两个信号检测光路通过光纤经由所述线偏振光产生光路与所述保偏光纤环连接。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通信技术和信号处理领域，更为具体地，涉及一种用于正交测量的干 涉式光纤陀螺仪。
技术介绍
陀螺仪是一种转动传感器，用于测量运载体的姿态角和角速度，是构成惯性系统 的基础核心器件。陀螺仪被广泛运用于航天、航空、航海、兵器及其它工业领域。常见的陀 螺仪有三种类型机械陀螺仪，激光陀螺仪，和光纤陀螺仪(Fiber-optic gyroscope,FOG)。 后两者皆为光学陀螺仪。光纤陀螺仪具有快速启动，结构紧凑，高灵敏度等一系列优点，但 是稳定度不及一些现代机械陀螺仪。然而，光纤陀螺仪有着精度高、尺寸小等优点，同时拥 有着提高精度和稳定度的极大潜力。光学陀螺仪的原理基于萨格纳克效应(Mgnac effect)。在闭合光路中，由同一光 源发出的沿顺时针方向(CW)和逆时针方向(CCW)传输的两束光发生干涉，利用检测相位差 或干涉条纹的变化，就可以测出闭合光路旋转角速度。萨格纳克效应的一种常见表达方式 是顺时针方向(CW)和逆时针方向(CCW)传输的两束光产生了正比于旋转角速度的相位差， 这个相位差被称作萨格纳克相移，表达式如下Λ , 4ωΑ ηΑφ = —^ΩC ⑴其中ω为光的频率，c为真空中光速，A是光路所围的面积(或者是与角速度矢量 方向垂直的面积投影)，Ω为转动角速度。方程(1)说明萨格纳克相移与环路形状和旋转 中心位置没有关系，而且与导波介质的折射率也无关。干涉式光纤陀螺仪是光纤陀螺仪的一个重要类型。在干涉式光纤陀螺仪中，常采 用较长的光纤绕制成多匝陀螺线圈。在这种情况下，萨格纳克效应的表达式为Αφ = 2π—Ω.(2)Xc其中L为光纤的长度，D为光纤线圈直径，入为光波的波长，c为真空中光速，Ω为 转动角速度。光纤陀螺仪的基础结构是萨格纳克干涉仪，该结构需要满足分束器互易、单模 互易、等互易性条件。互易性保证了 CW光和CCW光的传播状态及路径完全一致，起到了“共 模抑制”的作用，以消除多种寄生效应造成的偏差。图1示出了全光纤形式的光纤陀螺仪最 小互易性结构。为使光纤陀螺仪工作在灵敏度较高的状态，常在光纤线圈的一端加上相位调制， 用PZT进行相位调制的结构如图2所示。此外，利用Y波导也可以实现同样的调制效果，如 图3所示。使两束光波在不同时间受到一个完全相同的相位调制，则可以产生一个时变相 位差，如下A Φ (t) = Φ ccw (t)" φ CW (t) = φ^υ-φ^ -τ)(3)其中τ =nL/c表示光通过整个光纤线圈长度的传输时间，nf是光纤的有效折射率。施加调制后，干涉信号为Id = I0{l+cos}(4)当ΑΦ (t)形式已知时，通过对上式所表达信号进行合适的解调就可以得到萨格 纳克相移Φ s，从而进一步得到转动角速度Ω。随着科学的进步和技术的发展，对测量精度的需求越来越高。通常，提高测量精度 大致有两种方式。一种方式是提高测量器件自身的传感精度和感应能力；另一种是利用采 集好的数据利用统计信号处理的方法通过后期计算和处理达到提高测量精度的目标。对于第二种方式，在目前的研究水平下，对于广义平稳信号测量，通常采用两种方 式提高测量精度，一类是传统的多次测量求平均值方法，另外一类是维纳滤波。对于非广义 平稳的信号和噪声，则通常采用卡尔曼滤波的方式。现今，由于卡尔曼滤波具有的优良性能 和高度普适性，它已经成为主流的信号处理方式。然而，在各种测量误差中，传统的精度提 高方式极难消除非零均值的高斯噪声的均值部分，这一点经常成为妨碍精度提高的关键因ο为了解决上述问题，人们提出了一种基于正交测量的真值估计方法。利用这种基 于正交测量的真值估计方法，可以极大程度地消除各个测量系统的漂移和噪声，得到真值 的高灵敏度和高精度的无偏估计。然而，这种方法需要一种可以对同一测量对象同时进行 正交测量的装置。
技术实现思路
鉴于上述，本专利技术提供了一种用于对同一测量对象同时进行正交测量的干涉式光 纤陀螺仪。利用所述干涉式光纤陀螺仪，可以对同一测量对象同时进行正交测量。根据本专利技术的一个方面，提供了一种干涉式光纤陀螺仪，包括光源，耦合器，两个 信号检测光路，线偏振光产生光路、保偏光纤环；其中，所述光源通过光纤与所述耦合器相 连，所述耦合器的两个输出端通过光纤分别与两个所述信号检测光路中的一个信号检测光 路连接，所述两个信号检测光路通过光纤经由所述线偏振光产生光路与所述保偏光纤环连 接。在一个示例中，所述线偏振光产生光路可以包括两个单偏振调制Y波导多功能集 成光路，所述保偏光纤环为保偏光纤单环，所述光纤陀螺还包括两个保偏分/合束器，其 中，所述两路线偏振光产生光路分别与所述两个保偏分/合束器的两个端口光纤连接，所 述两个保偏分/合束器的另一端口分别与所述保偏光纤环连接。在另一示例中，所述线偏振光产生光路可以包括两个单偏振调制Y波导多功能集 成光路，所述保偏光纤环为保偏光纤双环，所述两个Y波导多功能集成光路的输入端分别 与一个所述信号检测光路光纤连接，所述两个Y波导多功能集成光路的输出端与所述保偏 光纤环相连。在另一示例中，所述线偏振光产生光路可以包括一个Y波导双偏振调制器，所述 保偏光纤环为保偏光纤双环，所述光纤陀螺还包括一个保偏分/合束器，其中，所述两个所 述信号检测光路分别与所述保偏分/合束器的两个端口光纤连接，所述保偏分/合束器的 另一端口与所述Y波导双偏振调制器的输入端光纤连接，以及所述Y波导双偏振调制器的 输出端与所述保偏光纤环连接。此外，所述两个信号检测光路中的每个都可以包括一环形器和一光电探测器，所 述环形器的输入端与所述耦合器的输出端相连，所述环形腔的一个输出端与所述线偏振光 产生光路的输入端光纤连接或者经由保偏分/合束器与所述线偏振光产生光路的输入端 光纤连接，所述环形器的另一输出端与所述光电探测器通过光纤连接，用于接收从所述保 偏光纤环返回的光信号。在替换实例中，所述环形器可以利用耦合器替换。在又一示例中，所述光源可以包括两个光源，每个光源分别直接与一个信号检测 光路光纤连接，而无需经过耦合器。此外，所述保偏光纤环可以为对称四极方法绕制的光纤环，所述光源可以为激光 光源或ASE光源。根据本专利技术的另一方面，提供了一种干涉式光纤陀螺仪，包括两个光源，波分复用 器、两个信号检测光路，耦合器，消偏器，相位调制器，单模光纤环；所述光源为两个不同波 段的宽谱光源，通过所述信号检测电路与所述波分复用器的两个输入端光纤连接；所述波 分复用器的输出端经过耦合器与所述单模光纤环光纤连接；所述消偏器和所述相位调制器 分别设置在所述耦合器的两个输出端中的一个输出端和单模光纤环之间。在一个示例中，所述两个信号检测光路中的每个都可以包括一环形器和一光电探 测器，所述环形器的输入端与所述一个光源光纤连接，所述环形器的一个输出端与波分复 用器的输入端光纤连接，所述环形器的另一输出端与所述光电探测器通过光纤连接，用于 接收从所述保偏光纤环返回的光信号。此外，在替换实例中，所述环形器可以利用耦合器替 换。此外，所述单模光纤环为对称四极方法绕制的光纤环，所述相位调制器为压电陶 瓷调制器。根据本专利技术的另一方面，提供了一种双正交干涉式光纤陀螺仪，包括两个光源，两 个线偏振光产生光路、两个信号检测光路，两个偏振分/合束器，本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种干涉式光纤陀螺仪，包括光源，耦合器，两个信号检测光路，线偏振光产生光路、保偏光纤环；其中，所述光源通过光纤与所述耦合器相连，所述耦合器的两个输出端通过光纤分别与两个所述信号检测光路中的一个信号检测光路连接，所述两个信号检测光路通过光纤经由所述线偏振光产生光路与所述保偏光纤环连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨易，邵珊，王子南，李正斌，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11
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