[发明专利]单光束宽谱光源二次滤波谐振式光纤陀螺及闭环控制方法

说明书

本发明公开了一种单光束宽谱光源二次滤波谐振式光纤陀螺及闭环控制方法，包括光路部分和电路部分；光路部分包括宽谱光源、第一光学环形器、第二光学环形器、第一光电探测器、第二光电探测器、移频器、第一耦合器和第二耦合器，第一耦合器和第二耦合器共同组成光纤环形谐振腔；电路部分包括宽谱光源供电系统和陀螺信号处理系统。本发明采用低相干度的宽谱光源，能极大解决现有基于窄线宽光源谐振式光纤陀螺造成的较大寄生噪声问题，从而有效提升陀螺精度。

技术领域

本发明属于谐振式光学陀螺仪技术领域，特别涉及单光束宽谱光源二次滤波谐振式光纤陀螺及闭环控制方法。

背景技术

谐振式光纤陀螺仪(Resonator Fiber Optic Gyro,RFOG)是一种角速度惯性传感器，理论上具有精度高、体积小、动态范围大等优势。RFOG是基于光学Sagnac效应原理的新型光学陀螺，相比已经较为成熟的干涉式光纤陀螺(Interferometric Fiber Optic Gyro,IFOG)，RFOG在理论上能够使用短得多的光纤长度获得相同的极限灵敏度，有利于实现小型化和低成本，同时也可降低和温度有关的Shupe效应，光纤环中由于应力分布不均引入的噪声也会大大减小。此外，RFOG使用的是中心波长髙度稳定的窄线宽激光器，有利于减小波长漂移等带来的标度因素稳定性问题。

但是，目前RFOG仍未进入工程化应用阶段，其原因在于，以往光源使用窄线宽激光器，具有高相干性和长相干长度的特性，可以产生较窄的谐振曲线，提高光学系统频率检测精度，解决波长漂移等误差带来的标度因素稳定性问题，有利于实现较高精度陀螺性能。但是RFOG的核心敏感部件光纤环形谐振腔一般由实芯保偏光纤构成，长相干长度会使得谐振光在腔内传输时产生额外较强的寄生噪声，例如背向散射噪声、偏振噪声、克尔效应噪声、Shupe效应误差等。为降低此类噪声对陀螺性能的影响，需要在系统中引入相应的噪声抑制措施，如差频调制解调、载波抑制、偏振轴错位熔接、光功率平衡等方法，一定程度上解决上述误差的同时，会导致系统存在体积大、成本高、系统复杂、集成难度大等一系列问题。

综上，现有谐振式光纤陀螺具有理论精度高的优势，但系统本身的结构决定其存在诸多寄生噪声，为抑制噪声需要引入新的控制方法和装置，导致整体陀螺体积和重量增加，且控制精度无法满足目前的应用需求。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种单光束宽谱光源二次滤波谐振式光纤陀螺及闭环控制方法，能极大解决现有基于窄线宽光源谐振式光纤陀螺造成的较大寄生噪声问题，从而有效提升陀螺精度。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种单光束宽谱光源二次滤波谐振式光纤陀螺，包括光路部分和电路部分；

所述光路部分包括宽谱光源、第一光学环形器、第二光学环形器、第一光电探测器、第二光电探测器、移频器、第一耦合器和第二耦合器，第一耦合器和第二耦合器共同组成光纤环形谐振腔；所述宽谱光源依次连接第一光学环形器和第一耦合器，第一光学环形器还连接第二光电探测器，第一耦合器连接第一光电探测器，第二耦合器依次连接第二光学环形器和移频器；其中，第一光电探测器和第二光电探测器分别连接电路部分；

所述电路部分包括宽谱光源供电系统和陀螺信号处理系统，其中陀螺信号处理系统包括：参考信号输入模块、乘法运算模块、低通滤波器LPF、总光功率输入模块、除法运算模块和比例积分微分PID模块；其中，比例积分微分PID模块连接光路部分的宽谱光源和移频器；第二光电探测器的信号和参考信号输入模块的信号经过乘法运算模块输送至低通滤波器LPF进行滤波，滤波后的信号和总光功率输入模块输入的功率经过除法运算模块能得到误差信号，误差信号和第一光电探测器的监测信号对比得到对比处理后的信号；一部分对比处理后的信号反馈移频器可锁定控制第二次进入光纤环形谐振腔滤波前的工作光中心频率，形成闭环控制，同时反馈至宽谱光源；另一部分对比处理后的信号经过比例积分微分PID模块后得到陀螺输出。

本发明还包括如下技术特征：