[发明专利]一种光纤陀螺优化精测精度的闭环检测方法

说明书

本发明公开一种光纤陀螺优化精测精度的闭环检测方法，包括如下步骤：步骤一、建立基于四态调制的光纤陀螺系统的数学模型；步骤二、建立和分析主闭环数学模型；步骤三、引入线性反馈控制器，建立系统动力学模型；步骤四、设计优化光纤陀螺性能的控制器的反馈增益矩阵K_c，以提高光纤陀螺的检测精度采用本发明的方法可以提高光纤陀螺的精测精度，此方法不仅可以在工程应用中优化检测精度，而且对光纤陀螺的设计也有一定的参考价值。

技术领域

本发明属于光纤陀螺技术领域，涉及一种光纤陀螺优化精测精度的闭环检测方法。

背景技术

光纤陀螺是基于光学Sagnac效应的角速度传感器，它的发展日新月异，以结构简单、体积小、灵敏度高、功耗低等优点而备受各国的关注和重视，其也在各个领域都有着广泛的发展前景。但集成光学相位调制器增益漂移问题的存在也会影响光纤陀螺的精度，从而限制光纤陀螺的工程化应用。

在现有技术中，采用第二闭环系统的跟踪系统来自动调整集成光学相位调制器的增益，采用传统的方波调制检测时，第二闭环的闭环周期取决于主闭环反馈相位斜坡的复位，这种方法的效率较低；采用四态调制的方法虽然可以使第二个闭环周期恒定，不受反馈相位斜坡复位的影响，但两个闭环误差的交叉耦合会降低光纤陀螺的精度，特别是在实际应用中，光纤陀螺主闭环误差是对干扰和噪声敏感的微弱信号，使得光纤陀螺检测精度难以提高。

发明内容

为了抑制基于四态调制的光纤陀螺的两闭环交叉耦合，优化光纤陀螺的精测精度，满足高精度和高动态要求，本发明建立了采用四态调制方式的光纤陀螺主闭环系统的干扰和噪声模型，提出了保证系统指数稳定性和H_∞性能的控制算法设计方法，并给出了一种现代鲁棒控制算法来解决工程中的实际问题。本发明针对光纤陀螺精度的影响因素，建立了基于四态调制的光纤陀螺系统的数学模型，进一步建立主闭环系统的数学模型，并分析得到光纤陀螺的数学模型是一个随机动力系统，分析光纤陀螺检测精度和闭环系统方差的关系，在闭环输入为零的情况下，带噪声和干扰的光纤陀螺输出应满足一定的指标要求来优化光纤陀螺性能，设计光纤陀螺控制器增益，以提高光纤陀螺的检测精度。采用本发明的方法可以提高光纤陀螺的精测精度，此方法不仅可以在工程应用中优化检测精度，而且对光纤陀螺的设计也有一定的参考价值。

本发明为了抑制两闭环交叉耦合，优化光纤陀螺的精测精度，满足高精度和高动态要求，本发明采用四态调制方式的光纤陀螺主闭环系统的干扰和噪声模型，提出了保证系统指数稳定性和H_∞性能的控制算法设计方法，并给出了一种现代鲁棒控制算法来解决工程中的实际问题。

针对影响光纤陀螺精度的关键因素，本发明首先建立了基于四态调制的光纤陀螺系统的数学模型。四态调制的调制相位依次为其中每个状态保持τ/2的时间间隔，τ是光通过和返回集成光学相位调制器之间的时间。在所设计的闭环检测方案中，限制响应时间的关键参数是解调和闭环反馈的时间。为了实现光纤陀螺的高动态性能，将主闭环的周期限制在2τ。就集成光学相位调制器增益而言，与温度有关的变化并不快。因此，确定了集成光学相位调制器的调制增益的跟踪系统的闭环周期可以在毫秒的时间范围内。

由于实际环境温度不断变化，集成光学相位调制器随温度的增益漂移导致2π电压U_2π的变化对应2π相位。通过将U_2π的检测值表示为U₁，可以得到U₁＝(1+μ₀)U_2π，其中μ₀是由集成光学相位调制器的调制增益的跟踪系统的跟踪精度确定的误差幅度。因为检测到的U_2π值在几微秒的一个调制周期内保持不变，所以相邻四个状态的调制相位可以分别写成3π(1+μ₀)/4、5π(1+μ₀)/4、-3π(1+μ₀)/4和-5π(1+μ₀)/4。