[发明专利]一种数字闭环光纤陀螺的正弦波调制方法

权利要求书

1.一种数字闭环光纤陀螺的正弦波调制方法，其特征在于，通过在调制中加入一个阶梯波来抵消萨格纳克相移，即通过反馈控制使从而使正弦波调制形成闭环，提高光纤陀螺的精度和扩大光纤陀螺的动态范围，所述阶梯波是由宽度为光纤环渡越时间τ、高度为的相位台阶构成，大小与旋转产生的萨克奈克相移相同、符号相反；

光纤陀螺探测器信号是萨格纳克相移的余弦函数，在未加入闭环控制时探测器光电流的表达式为：

其中I₀为光电流直流部分，t为时间，为由旋转引起的萨格纳克相移，为调制相位，其表达式是：

其中，ω_m调制角频率，φ₀为正弦波调制幅度；

当采用闭环方案时，在正弦波调制的基础上加入一个阶梯波，此时光强的表达式为：

将式(2)代入式(3)中得到：

令φ_b＝2φ₀sin(ω_m/2)，并称φ_b为有效相位调制；

依据贝塞尔函数展开公式将式(4)展开即得：

其中，n取整数，J_n为n阶第一类贝塞尔函数；

当陀螺静止时，其输出只有调制频率ω_m的偶次谐波；陀螺转动时，其输出将有调制频率ω_m的奇次谐波，其一次谐波分量为：

解调方法为相干解调，用一个与I₁(t)同频同相的参考信号相乘，再利用LPF将高频部分滤除，得到所需的信号；

解调方法具体过程为：

通过LPF后，式中第一项被滤除，所以通过相干解调后的输出为：

由于偏置调制信号为所以根据式(5)得到探测器的输出为：

I(t)＝-2GI₀J₁(φ_b)sin(φ_s+φ_fb)cosω_m(t-τ/2) (9)

式中，G为探测器的增益；

由此，探测器输出经过放大、滤波、解调后的输出为：

V_d(t)＝-G_aGI₀J₁(φ_b)sin(φ_s+φ_fb) (10)

式中，G_a为放大、滤波、解调所产生的增益；

式(10)得到输出信号是和的误差信号，对误差信号进行积分，作为阶梯波的台阶高度，通过累加产生阶梯波；

阶梯波V_out表示为：

V_out(t)＝∫V_d(τ)dτ+V_out(t-τ)

(11)

反馈相移与阶梯波信号的关系为：

式中，K_p为相位调制器的调制系数；

又由萨格纳克效应得知：

且所以推出：

将上式中的积分计算后得到：

即得出阶梯波的输出函数D_out：

式中，K_DA为数模转换系数。

2.根据权利要求1所述的一种数字闭环光纤陀螺的正弦波调制方法，其特征在于，对于式(10)，由于所以将看为一个无穷小量，即在正弦函数中无穷小量等价为其本身，即有：

则式(10)写为：

此时的输出与输入成正比。