[发明专利]一种超高精度干涉式光纤陀螺仪的信号处理方法及装置

说明书

本发明公开了一种超高精度干涉式光纤陀螺仪的信号处理方法及装置，将电压信号转换成与模数转换器相同位数的数字信号，对数字信号进行扩位，对扩位后的数字信号进行角速率积分运算和反馈阶梯波积分运算，将经过连续双积分运算后的数字信号截位至与数模转换器相同位数的数字信号后进行输出。通过连续的两次积分能够将低位有效数据信息积累提升至数据高位，截位后的数字量的最低有效位代表的相位信息可以由反馈阶梯波积分的参数设置调节，相比于先截位再进行反馈阶梯波积分，能够最大程度的在程序中降低由于数模转换器的有限位数引起的干涉式光纤陀螺仪的数字信号的量化误差，从而可以有效抑制此类量化误差对超高精度干涉式光纤陀螺仪零偏的影响。

技术领域

本发明涉及光纤陀螺技术领域，尤其涉及一种超高精度干涉式光纤陀螺仪的信号处理方法及装置。

背景技术

干涉式光纤陀螺仪凭借着其测量精度高、灵敏度好、动态范围大、体积小、重量轻、寿命长以及易集成等特点，广泛应用于军事和民用领域，在导弹制导、卫星导航以及姿态控制等方向都起着重要的作用，近年来已经成为全世界的研究热点。超高精度光纤陀螺是目前国际上光纤陀螺技术的顶峰，主要应用于潜艇、航母等高精度舰(艇)载型惯性导航系统等，具有重大的军事战略意义。

干涉式光纤陀螺仪是一种角速率敏感装置，如图1所示，主要包括光源101、耦合器102、相位调制器103、敏感光纤环104、探测器105和信号处理器106。干涉式光纤陀螺仪的工作原理为：光源101发出光束，经过耦合器102与相位调制器103后分成相位相同且传播方向相反的两束光，若敏感光纤环104发生转动，由于萨格纳克(Sagnac)效应，正/反向两束光经过在敏感光纤环104内的传播后会产生相位差，在耦合器102处干涉时光强发生变化，由探测器105将光信号转换为电压信号，在信号处理器106中解调检测光强变化，进而处理得到角速率信息。

全数字闭环反馈方案是干涉式光纤陀螺仪的主流检测方案，也是目前国内外超高精度干涉式光纤陀螺仪最适用的方案之一，全数字量的数据处理过程能够代替以往的模拟正弦反馈信号，可以克服模拟输入偏置的漂移等问题。在现有的全数字闭环反馈方案中，模拟信号经N_AD位模数(A/D)转换器变换为数字信号，数字信号经过解调、累加、滤波等数字运算，输出N_DA位数字量至数模(D/A)转换器，N_DA位数字量被变换为模拟信号后施加在相位调制器上进行反馈。由于干涉式光纤陀螺仪的典型采样频率为MHz量级，模拟信号的带宽很大，因此，存在大量的白噪声，根据信号处理理论，所使用的A/D转换器的LSB值只要比噪声σ小即可，因此，所使用的A/D转换器的位数无需太高。模拟信号被转换为数字信号后需要进行一系列的算法运算，为了防止运算过程中的数据溢出等问题，N_AD位的初始数字量通常要扩位至N_S，经过一系列的算法运算之后，受限于D/A转换器的位数，运算后的数字量需要截位至N_DA，截位操作会丢失反馈信息中的低位有效数据，从而会产生量化误差。

在普通精度的干涉式光纤陀螺仪中，通过适当提高A/D转换器和D/A转换器的位数以及增加平滑滤波等技术，可以有效抑制干涉式光纤陀螺仪中的量化误差，使量化误差成为干涉式光纤陀螺仪的非关键影响因素。然而，对于超高精度光纤陀螺仪而言，任何形式的误差都极为明显，即使是量级很小的量化误差，也会对战略级的超高精度光纤陀螺存在不可忽略的零偏影响，尤其是针对超高精度光纤陀螺的短期精度的影响十分重大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种超高精度干涉式光纤陀螺仪的信号处理方法及装置，用以降低由于数模转换器的有限位数引起的超高精度干涉式光纤陀螺仪的数字信号的量化误差。

因此，本发明提供了一种超高精度干涉式光纤陀螺仪的信号处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将由调制后的光强信号转换成的电压信号转换为位数与模数转换器的位数相同的数字信号；