[发明专利]一种检测角速度的光载微波陀螺方法

说明书

技术领域

本发明属于高精度陀螺技术领域，尤其涉及一种检测角速度的光载微波陀螺方法。

背景技术

在惯性导航领域，通常是采用陀螺仪检测载体旋转角速度。陀螺仪被广泛应用于空间飞行器、飞机、导弹、潜艇、舰船等制导控制，在军事、工业、科学等领域里的精密测量有重要作用。常见的高精度陀螺仪主要有三种类型：机械陀螺、激光陀螺和光纤陀螺。激光陀螺和光纤陀螺皆为光学陀螺仪，虽然稳定度还不及机械陀螺，但是具有结构紧凑、灵敏度高等特点，目前占据高精度陀螺的大部分市场份额。

光学陀螺检测角速度的原理是基于萨格纳克效应（Sagnac effect）。在闭合光路中，由同一光源发出的沿顺时针（CW）和逆时针方向（CCW）传输的两束光由于转动而产生不同的光程差，从而产生相位差或频率差。干涉式光纤陀螺检测角速度的方法是通过检测顺时针方向（CW）和逆时针方向（CCW）传输的两束光的相位差来确定闭合光路的旋转角速度。传统干涉式光纤陀螺检测角速度的方法由于光功率利用率低，温度误差、寄生噪声等限制，其精度难以进一步提升。谐振式光学陀螺检测角速度的方法是通过检测顺时针方向（CW）和逆时针方向（CCW）两束光谐振频率差来确定旋转角速度。传统谐振式光学陀螺主要是激光陀螺和谐振式光纤陀螺。激光陀螺是最早最成熟的光学陀螺，也是目前精度最高的光学陀螺，但是这种检测角速度的方法缺点是存在闭锁效应，系统维护成本高，生产难度大。谐振式光纤陀螺检测角速度的方法其优点主要是需要的光纤长度短，易于微型化，但是对光源要求很高，需要窄带线宽的强相干光源，目前实现的谐振式光纤陀螺测量精度较低，难以达到实用化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有光学陀螺检测角速度方法的不足，提供一种检测角速度的光载微波陀螺方法。

本发明检测旋转角速度的方法包括以下步骤：一种检测角速度的光载微波陀螺方法，其特征在于，该方法在检测角速度的光载微波陀螺上实现，所述检测角速度的光载微波陀螺包括第一激光器、光分束器、第一电光调制器、第一光耦合器、频率调节器、光纤环形腔、第二光耦合器、第一光电探测器、第一电滤波器、第一微波功分器、第一电放大器、第二电光调制器、第二光电探测器、第二电滤波器、第二微波功分器、第二电放大器、差频检测电路、分频器、标准时间源、鉴相器、低通滤波器等部分；该方法包括以下步骤：

步骤1：第一激光器输出的光经过光分束器，分为两束光，一束光沿顺时针方向（CW）送入第一电光调制器，经过调制后的光送入第一光耦合器，从第一光耦合器输出的光经过频率调节器后进入光纤环形腔，从环形腔出射的光再经过第二光耦合器送入第一光电探测器，将光信号转换成电信号，之后送入第一电滤波器，滤波后的微波电信号送入第一微波功分器，第一微波功分器有两路输出，第一路输出经过电放大器连接到第一电光调制器，形成一个正反馈振荡回路，第二路输出作为顺时针方向谐振微波输出，用RF#1表示。

步骤2、光分束器分出的另一束光沿逆时针方向（CCW）送入第二电光调制器，再经过第二光耦合器进入光纤环形腔，从环形腔出射的光再经过频率调节器和第一光耦合器送入第二光电探测器，将光信号转换成电信号，之后送入第二电滤波器，滤波后的微波电信号送入第二微波功分器，第二微波功分器有三路输出，第一路输出经过第二电放大器连接到第二电光调制器，形成另一个正反馈振荡回路，第二路输出作为作为顺时针方向谐振微波输出，用RF#2表示，第三路输出经过分频器分频后同标准时间源一同送入鉴相器，鉴相输出经过低通滤波器后连接到频率调节器，用于调节谐振频率，从而形成一个单向锁频回路。

步骤3、差频检测电路检测出步骤1获得的顺时针方向的谐振微波输出RF#1和步骤2获得的逆时针方向的谐振微波输出RF#2的频率差，即拍频，记为                                                。

步骤4、通过以下公式，即可获得旋转角速度

；

其中，S为环形光路包围的面积，λ为微波振荡中心频率对应的波长，L为环形腔周长。