[发明专利]一种数字闭环光纤陀螺的正弦波调制方法

说明书

本发明公开了通过在调制中加入一个阶梯波(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)来抵消萨格纳克相移，也即通过反馈控制使得通过这一方式使得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。

技术领域

本发明属于光纤陀螺领域，具体涉及一种数字闭环光纤陀螺的正弦波调制方法。

背景技术

光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的低成本、全固态、高精度的角速度传感器。被广泛应用与航天航空等领域。光纤陀螺共包含光路和电路两部分，其中光路包含光源、Y波导、探测器、光纤环等几个主要光学器件，电路部分则以DSP或者FPGA为核心，包括AD/DA、运算放大器等器件。目前，对光纤陀螺进行调制时，一般有正弦波调制和方波调制两种方式。在光纤陀螺研制的初期，采用的是正弦波调制方式，这种方案适合精度要求不高、动态范围较小的需求。随着闭环检测方案的提出，方波调制及其改进措施得到了快速发展。依据精度的要求、相位调制器的使用以及抗干扰性的分析可以选用不同的调制波形，在开环检测方案中一般使用正弦波调制，在闭环方案中一般使用方波调制。然而，对于采用方波调制的数字闭环光纤陀螺，容易受到尖峰脉冲的干扰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数字闭环光纤陀螺的正弦波调制方法，以解决数字闭环光纤陀螺在方波调制下存在尖峰干扰、光强度噪声不能得到有效抑制等一系列问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种数字闭环光纤陀螺的正弦波调制方法，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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：