[发明专利]一种基于数字锯齿波的光纤陀螺渡越时间快速测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤陀螺信号的处理方法，尤其涉及一种基于数字锯齿波的光纤陀螺渡越时间快速测量方法。

背景技术

光在光纤陀螺具有互易性的光路中传播一周所需要的时间称为渡越时间。目前国内外在中高精度光纤陀螺研究领域大都采用数字闭环的技术手段，通过电光调制器对光纤陀螺进行调制，模数转换器将光纤陀螺的输出模拟电压信号转换为数字信号，通过数字信号处理器进行差分解调处理。电光调制器主要作用有二：时延差分调制，改变光纤陀螺的工作偏置点以提高灵敏度、线性度；对检测到的相位差进行反馈，实现光纤陀螺闭环方案。

零偏稳定性是光纤陀螺的关键指标，提高零偏稳定性的方法在于降低集成光电相位调制器的调制误差。引起调制误差的主要原因包括调制信号半周期和渡越时间不相等、调制通道非线性以及电光调制器响应非线性等。调制信号半周期和渡越时间不相等是最主要的因素，该误差的存在会使得光纤陀螺产生相关偏移，相当于在光纤陀螺的输出信号上叠加一个误差分量，使得光纤陀螺精度与分辨率下降，零偏稳定性因此更易受环境变化影响。因此，准确测量光纤陀螺渡越时间并以此选取合适的调制周期是提高零偏稳定性的基本前提。

光纤陀螺的渡越时间由光纤环的长度和折射率决定。在生产过程中，光纤环的折射率可以认为近似常量，渡越时间主要由光纤环的长度决定，可以以此得到渡越时间的估计值，精度约为50ns量级，不能满足中高精度光纤陀螺的要求。另外，光纤陀螺生产过程中存在多个光电器件的相互熔接，光纤环长度会再次发生改变，当所有光电器件组装完毕后整个光纤环才得以确定。因此需要一种方法，能够在光纤陀螺组装完毕以后，不需额外器件、设备，仅依靠渡越时间估计值，通过信号处理实现光纤陀螺渡越时间的快速测量，满足测量精度，同时达到光纤陀螺工程化要求。

发明内容

针对目前中高精度光纤陀螺工程化生产中对渡越时间的准确测量要求，解决生产过程中因光学系统调整引起的渡越时间变化问题，本发明的目的在于提供一种基于数字锯齿波的光纤陀螺渡越时间快速测量方法。

本发明采用的技术方案包括步骤如下：

1)采用数字锯齿波信号对电光调制器进行调制，该锯齿波信号的峰峰值固定；

2)锯齿波信号在周期取值范围内按递增的顺序逐一遍历，直到锯齿波信号的周期取值范围内遍历完成，对不同周期下锯齿波信号调制结果进行采样、处理后组成结果序列，遍历步长为锯齿波信号的周期取值范围的十分之一；

3)根据结果序列中最小值对应的锯齿波信号周期，计算出光纤陀螺渡越时间初次测量结果；

4)由光纤陀螺渡越时间初次测量结果设定锯齿波信号的第二次周期取值范围，重复步骤2)，得到第二次测量结果序列；

5)根据第二次测量结果序列中最小值对应的锯齿波信号周期，计算出光纤陀螺渡越时间的第二次测量结果，得到最终的光纤陀螺渡越时间。

所述的步骤1)中的锯齿波信号的峰峰值固定为集成光电相位调制器半波电压的2倍。

所述的步骤2)中的锯齿波信号的周期T_n取值范围为1.8τ_估≤T_n≤2.2τ_估，其中n为遍历周期序号，τ_估为光纤陀螺渡越时间估计值，由总光纤环长度与光速相除计算得出。

所述的步骤2)对不同周期下锯齿波信号调制结果采样、处理的具体步骤包括：在0～T_n/2的时间内取32个采样点累加得到前半周期累加和A_n，在T_n/2～T_n的时间内取32个采样点累加得到后半周期累加和B_n，前半周期累加和A_n与后半周期累加和B_n相减取绝对值后得到处理结果D_n＝|A_n–B_n|；再由不同周期T_n对应解调结果组成结果序列D＝{D₁,D₂,D₃,…,D₁₁}。

所述的步骤3)具体包括：由结果序列D的最小值D_min对应的锯齿波信号周期为T_min，则光纤陀螺渡越时间初次测量结果τ_初＝T_min/2；