[发明专利]一种基于二次频信号检测技术的谐振式光纤陀螺光源强度调制噪声的抑制方法及其装置

摘要

本发明公开了一种基于二次频信号检测技术的谐振式光纤陀螺光源强度调制噪声的抑制方法及其装置，包括可调谐半导体激光器、隔离器、50％耦合器、第一路相位调制器、第二路相位调制器、第一路信号源、第二路信号源、输入端95％耦合器、光纤环形谐振腔、输出端95％耦合器、第一路光电探测器、第一路锁相放大器、频率伺服回路、第三路锁相放大器、第三路信号源、第二路光电探测器、第二路锁相放大器和强度补偿算法模块。本发明能有效补偿激光器因光功率变化带来的陀螺输出误差，提高陀螺输出的精度，采用的强度补偿算法，能做到实时补偿，算法只需在代码中实现，无需额外的光学器件和电学模块，结构简单，有利于系统小型化。

主权项

一种基于二次频信号检测技术的谐振式光纤陀螺光源强度调制噪声的抑制方法，其特征在于包括：1)运用光场叠加原理得到正弦波相位调制下陀螺第三路(即闭环路)二次频信号V_d2的表达式为：$V_{d2}=G_1{P}_1{A}_{D1}I\underset{n=-\mathrm{\∞}}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}{J}_n\left(M\right)J_{n+2}\left(M\right)h_n{h}_{n+2}sin({\mathrm{\φ}}_{n+2}-{\mathrm{\φ}}_n)---\left(1\right)$式中，G₁＝k_c1(1‑ɑ_c1)(1‑ɑ_PM1)，其中k_c1和ɑ_c1分别是50％耦合器(3)的耦合系数和插入损耗，ɑ_PM1为闭环路相位调制器(4)的插入损耗，P₁为光电探测器(11)的转换系数，A_D1为锁相放大器(14)的增益，I为激光器输出光强，J_n(M)为贝塞尔函数，M为相位调制系数，h_n为谐振腔传递函数的幅度特性，φ_n为谐振腔传递函数的相位特性，闭环条件下，激光器频率始终锁定在光纤环形谐振腔闭环路的谐振频率，因此，h_n与φ_n理论上保持不变；系统参数G₁、P₁、A_D1及M为常数，根据(1)式，得到第三路二次频信号V_d2正比于激光器输出光强I。根据二次频信号与激光器输出光强的线性关系，采用实时监测第三路二次频信号的方法实现对激光器光功率波动的跟踪；2)运用光场叠加原理得到正弦波相位调制下陀螺第二路(即开环路)一次频信号V_d的表达式为：$V_d=G_2{P}_2{A}_{D2}I\underset{n=-\mathrm{\∞}}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}{J}_n\left(M\right)J_{n+1}\left(M\right)h_n{h}_{n+1}sin({\mathrm{\φ}}_{n+1}-{\mathrm{\φ}}_n)---\left(2\right)$式中，G₂＝k_c1(1‑ɑ_c1)(1‑ɑ_PM2)，其中k_c1和ɑ_c1分别是50％耦合器(3)的耦合系数和插入损耗，ɑ_PM2为闭环路相位调制器(5)的插入损耗，P₂为光电探测器(16)的转换系数，A_D2为锁相放大器(17)的增益，根据(2)式，当半导体激光器输出光强I发生强度调制时，会直接造成第一路陀螺输出信号V_d的波动，为了抑制该强度调制噪声，对陀螺输出信号进行实时补偿，补偿后的陀螺输出信号表达式为：$V_{d\_c}=V_{d2\_0}/V_{d2}\·G_2{P}_2{A}_{D2}I\underset{n=-\mathrm{\∞}}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}{J}_n\left(M\right)J_{n+1}\left(M\right)h_n{h}_{n+1}sin({\mathrm{\φ}}_{n+1}-{\mathrm{\φ}}_n)---\left(3\right)$式中，V_{d2_0}是V_d2的基准信号，表示当可调谐半导体激光器(1)的调谐端注入电流为0时，第三路锁相放大器(14)的二次频解调输出，令α＝V_{d2_0}/V_d2为补偿系数。通过实时监测第三路锁相放大器(14)的二次频解调输出V_d2，计算得到α，将陀螺第二路锁相放大器(17)的解调输出信号乘以补偿系数α，从而实现对强度调制噪声的抑制；3)通过第三路锁相放大器(14)实现闭环路二次频解调，用于实时监测光强波动，并将该二次频解调信号V_d2作为强度补偿算法模块(18)的一路输入。通过第二路锁相放大器(17)实现开环路一次频解调，并将该一次频解调信号V_d作为强度补偿算法模块(18)的另一路输入。在数字算法模块中，根据V_d2及预先存储在数字芯片中的二次频基准信号V_{d2_0}计算得到补偿系数α。最后，将V_d与α相乘的积作为强度补偿算法模块(18)的输出信号，从而实现对陀螺输出信号的强度调制补偿。