[发明专利]一种基于四态调制的集成光学相位调制器系数跟踪方法

说明书

本发明公开了一种基于四态调制的集成光学相位调制器系数跟踪方法，用于光纤陀螺，具体包括如下步骤：第一步，进行基于四态调制分析，利用温度波动引起的集成光学相位调制器增益的误差信号来补偿集成光学相位调制器的增益漂移量变化；第二步，建立集成光学相位调制器增益漂移的跟踪系统；通过变量的替换，将集成光学相位调制器增益漂移的跟踪系统转化为具有不确定性和随机扰动的线性系统；第三步，针对集成光学相位调制器增益漂移随温度和温度梯度的变化，设计集成光学相位调制器闭环系统和跟踪系统鲁棒控制器，以保证任何参数不确定性都满足鲁棒均方指数稳定。

技术领域

本发明属于光纤陀螺技术领域，涉及一种光纤陀螺基于四态调制的集成光学相位调制器系数跟踪方法。

背景技术

光纤陀螺是一种基于光学Sagnac效应、用于惯性导航的固态陀螺仪，相较于传统的陀螺仪，其具有精度高、抗冲击性强、体积小、功耗低等特点。近些年来，随着光学器件及光纤技术的发展，使光纤陀螺在各种应用领域内都具有广泛的发展前景。但光纤陀螺外界温度环境的变化会引起调制相位的变化，造成偏置相位与反馈相位的不准确，使测量结果产生误差，这也是限制高精度光纤陀螺工程化应用的原因之一。

在现有技术中，采用方波偏置调制对集成光学相位调制器增益漂移修正有效率低的缺陷；其他一些研究中采用基于四态调制技术的带积分器算法的第二闭环系统以补偿集成光学相位调制器的增益漂移，但没有考虑可能影响第二闭环系统跟踪精度的光纤陀螺主闭环误差，也没有给出优化第二闭环系统跟踪性能的方法。

发明内容

为了提高集成光学相位调制器增益漂移修正的效率，在温度变化的条件下获得满意的补偿集成光学相位调制器增益漂移的瞬态性能，并提高光纤陀螺在不同温度条件下的标度因数稳定性。本发明基于四态调制技术，考虑到主闭环误差的存在，分析得到可以利用在光电探测器上由温度引起的集成光学相位调制器上增益的误差信号来补偿集成光学相位调制器增益的变化。本发明在考虑主闭环误差存在的情况下，设计跟踪光纤陀螺的集成光学相位调制器增益的第二个环路，然后建立集成光学相位调制器增益漂移的跟踪系统，进一步针对集成光学相位调制器增益漂移随温度和温度梯度的变化，设计跟踪系统的鲁棒控制器，从而实现良好的动态性能。采用本发明的提供的方法可以提高光纤陀螺在不同温度条件下的标度因数稳定性，通过变量替换将跟踪系统转化为具有不确定和随机扰动的线性系统，使得跟踪系统的模型更加精确。

本发明针对方波偏置调制下集成光学相位调制器增益漂移的问题，提出了基于四态调制的集成光学相位调制器系数跟踪方法，并为光纤陀螺建立了第二个闭环跟踪系统，以补偿集成光学相位调制器增益的变化。

方波相位调制和反馈相位斜坡技术使动态工作范围、线性度和灵敏度达到理想的状态。将具有调制和反馈的干扰强度表示为

其中α_i为光路的总损耗；P₀为光源的输出强度；R为光电探测器的响应度；为振幅为±π/2的调制方波相位；为Sagnac相移；为反馈相位阶梯，其由确定，D_out是光纤陀螺的数字输出，表示反馈相位阶梯的高度，K_g1是光纤陀螺主闭环中数模转换器和驱动电路的增益，K_mg＝2π/V_2π是集成光学相位调制器的增益，V_2π是集成光学相位调制器的2π电压。

工作环境的温度变化时会引起集成光学相位调制器的增益漂移，导致V_2π的变化。从而会降低光纤陀螺的稳定性和可靠性。由于K_mg是由集成光学相位调制器本身的特性决定的，很难直接控制K_mg，因此可以用K_g1来补偿K_mg的变化。

然而，如果补偿方法基于方波偏置调制，K_g1被调整到K_g1/(1+μ)反馈斜坡复位，μ为小变量，|μ|＜＜1，由于两个反馈斜坡复位之间的时间间隔很长，导致该方法的效率很低。