[发明专利]消除光纤陀螺复位误差的闭环控制方法及系统

说明书

本发明公开一种消除光纤陀螺复位误差的闭环控制方法及系统。所述闭环控制方法步骤包括，基于四态方波调制时序获取干涉信号；根据所述干涉信号的四个调制相位分别获取信号光功率；分析所述信号光功率是否存在有阶梯波复位；在至少一所述调制相位的阶梯波复位时根据所述信号光功率获取复位所述调制相位的第一闭环解调值及第二闭环解调值；根据所述第二闭环解调值及第二闭环解调式计算漂移系数；根据所述第一闭环解调值及第一闭环解调式计算反馈相移；根据所述反馈相移及所述调制相位调制的反馈所述干涉信号。本发明从原理上消除光纤陀螺的复位误差，有效提升了光纤陀螺的精度和标度因数性能。

技术领域

本发明属于光纤陀螺技术领域，具体涉及一种消除光纤陀螺复位误差的闭环控制方法及系统。

背景技术

干涉式数字闭环光纤陀螺是一种以Sagnac效应为理论基础的全固态角速度传感器，由于其可靠性高、设计灵活、精度高、动态范围大、成本较低等方面的优势，已经成为当今核心惯性器件中不可或缺的一份子。

图1示出干涉式数字闭环光纤陀螺的结构示意图。

干涉式数字闭环光纤陀螺包括有光源1、耦合器2、相位调制器3、光纤环4、光电转换组件5、放大滤波模块6、A/D转换模块7、数字信号处理模块8、D/A转换模块9和驱动电路10。

干涉式数字闭环光纤陀螺对转速的测量是通过测量光纤环中两束相向传播的光因转速产生的非互易性相位差(即Sagnac相移)来实现。干涉式数字闭环光纤陀螺通过闭环反馈的方式在光路中施加与Sagnac相移大小相等、方向相反的反馈相移将两束光的相位差控制在零附近。反馈相移通过对干涉信号进行信号调制和数字解调获得，调制和解调信号由数字信号处理模块产生。反馈相移通过对相位调制器施加控制电压来实现，相位调制器对光信号产生的相位调制与控制电压成正比。

一般情况下，干涉式数字闭环光纤陀螺采用本征频率方波或者四态方波的调制解调方案。

图2为本征频率方波调制的调制过程示意图。

图2示出为方波调制的调制深度，一般可根据噪声抑制及灵敏度的要求在[π/2,π)区间选择，方波的频率与光纤环的本征频率一致(1/2τ)。经过方波调制，陀螺静止或者闭环稳定时敏感光路工作在附近，光电转换组件接收到的光信号为一条直线；陀螺旋转时，偏置点发生偏移，光电转换组件接收到的光信号为与干涉信号同频的方波信号。通过对光电转换组件接收信号的解调，可以得到与偏置点偏移量相关偏差信号作为控制回路的反馈信息，产生反馈相移。闭环稳定的反馈相移与旋转引起的相移大小相等，方向相反，使总的相位差为零。反馈相移通过阶梯波的形式进行反馈，阶梯波单台阶高度与反馈相移成正比，台阶持续时间与光纤环渡越时间(τ)一致。此外，通过对阶梯波复位过程中光电转换组件接收信号的解调可以解算出2π电压(相位调制器产生2π相位对应的控制电压)误差引起的转速误差，作为“第二闭环”系统的反馈信号，对电路的2π电压进行闭环控制。

图3示出四态方波调制的调制过程示意图。图4示出四态方波调制干涉信号的示意图。

四态方波调制每个周期有四种调整状态，即φ_m、-φ_m、2π-φ_m和φ_m-2π，每个调制状态持续时间为渡越时间的一半。四态调制的转速解调原理与方波调制一致。四态的优势在于每个周期通过比较±φ_m调制相位和±(2π-φ_m)调制相位下的光电转换组件输出都可以解调出一个第二闭环系统的反馈信号，从而实现电路的2π电压的快速闭环。

图5示出阶梯波调制的原理示意图。