[发明专利]一种兼顾大角速率和高精度的光纤陀螺

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤陀螺，尤其涉及一种兼顾大角速率和高精度的光纤陀螺。

背景技术

光纤陀螺近几年取得了快速发展，高精度、大动态范围是光纤陀螺的发展方向之一，也是惯性导航系统对光纤陀螺的需求。目前技术上兼顾高精度和高动态存在一定的困难：高精度光纤陀螺很难做到动态范围宽，大速率光纤陀螺很难做到高精度。从理论上这是一个矛盾，决定因素为光纤环的长径积(长度和直径的积，L*D)。一定范围内，长径积越大光纤陀螺的精度越高；长径积越小光纤陀螺的最大角速率越大。

因此，如何兼顾光纤陀螺的大速率和高精度对于开发高动态高精度光纤陀螺具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于怎样解决现有光纤陀螺无法兼顾大角速率和高精度的问题，提供一种兼顾大角速率和高精度的光纤陀螺，能够有效提高光纤陀螺的精度和高动态。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种兼顾大角速率和高精度的光纤陀螺，其特征在于：包括光源、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第一Y波导、第二Y波导、第一光纤环、第二光纤环、第一探测器、第二探测器以及调制电路，其中，所述第一光纤环的光纤长度大于第二光纤环的光纤长度；所述光源经第一耦合器后同时与第二耦合器和第三耦合器相连，所述第二耦合器经第一Y波导后与第一光纤环的两端相连，第三耦合器经第二Y波导后与第二光纤环相连，所述第一探测器和第二探测器分别与第二耦合器和第三耦合器相连；

所述调制电路包括第一前置放大电路、第二前置放大电路、第一A/D转换电路、第二A/D转换电路、数字信号处理电路以及第一D/A转换电路和第二D/A转换电路；所述第一探测器经第一前置放大电路和第一A/D转换电路后与数字信号处理电路相连，所述第二探测器经第二前置放大电路和第二A/D转换电路后与数字信号处理电路相连；数字信号处理电路将反馈信号处理后输出光纤环的旋转角速率信号，同时，数字信号处理电路经第一D/A转换电路后与第一Y波导相连，经第二D/A转换电路后与第二Y波导相连。

进一步地，所述第一光纤环和第二光纤环平行装配。

进一步地，所述光源由一光源驱动电路驱动。

进一步地，所述数字信号处理电路的补偿过程如下：

1)建立本征方波调制下光纤陀螺光功率探测模型：

式中：ΔI为光强差，I₀为干涉幅度的2倍，其可表示为：

式中：I₁，I₂分别为两束光波的光强；Φ₀为方波调制幅度，Φ_S为萨格奈克相移，其中：

式中：L为光纤长度；D为光纤环直径；为光源平均波长；c为真空中的光速；Ω光纤陀螺旋转的角速率；

当光纤环旋转角速率超出范围后，光纤环的光功率差为：

式中：k为整数，Φ为Φ_S关于的余数，并且Φ∈[-π/2,+π/2]；

其中：

Ⅰ)陀螺正转，即Φ_S，k，Φ都为正数，

对于任意整数k都可以表示为：

k＝4*n+m………(4)；

式中：n为k关于4的商(n≥0)，m为k关于4的余数，且m＝0,1,2,3；

则公式(3)只可能有4个值，具体表示如下：

Ⅱ)陀螺反转，即Φ_S，k，Φ都为负数，

对于任意整数k都可以表示为：

k＝4*n+m………(6)；

式中：n为k关于4的商(n≤0)，m为k关于4的余数，且m＝0,-1,-2,-3；

则公式(3)只可能有4个值，具体表示如下：

2)建立光纤陀螺的输出模型：F＝K*Ω………(8)；

式中：F为陀螺输出量；K为陀螺的标度因数；Ω为陀螺的旋转角速率；

3)光纤陀螺的实际输出：令第一光纤环为大环、第二光纤环为小环，则有：

a、速率没有超过大环最大角速率，直接输出大环的输出量；

b、转角速率超过大环最大角速率没有超过小环最大角速率时，建立小环对大环的补偿模型：