[發(fā)明專利]消除信號強度變化對光纖陀螺性能影響的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710156924.0
• 申請日: 2007-11-20
• 公開（公告）號: CN101162145A
• 公開（公告）日: 2008-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳杏藩;劉承;舒曉武
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72;G01C25/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 林懷禹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電子技術(shù)中光纖傳感的領(lǐng)域，尤其是涉及一種消除信號強度變化對光纖陀螺性能影響的方法。

背景技術(shù)

光纖陀螺是一種新型的角速度測量儀，其工作原理是基于光學(xué)賽格奈克效應(yīng)的光纖干涉儀，即當(dāng)環(huán)形干涉儀旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生一個正比于旋轉(zhuǎn)速率的相位差，通過檢測該相位差，即可得到環(huán)形干涉儀所在系統(tǒng)的角速度。由于光纖陀螺具有全固態(tài)、帶寬大及具有多種協(xié)議數(shù)字輸出的優(yōu)點，被廣泛的用于導(dǎo)航和姿態(tài)控制系統(tǒng)中，為了改善光纖陀螺輸出信號的線性度和靈敏度，一般對光纖陀螺進(jìn)行方波相位動態(tài)偏置以及閉環(huán)工作，從而光纖陀螺的輸出可以表示為。

方波相位動態(tài)偏置和閉環(huán)工作的光纖陀螺的輸出響應(yīng)函數(shù)為：

其中I₀為系統(tǒng)平均輸出信號，I為系統(tǒng)實際的輸出信號，φ_Sag為正比于角速度的賽格奈克相移，+π/2和-π/2為動態(tài)相位偏置，φ_FB為反饋相位，記殘余相位誤差為φ_err＝φ_Sag-φ_FB，穩(wěn)定工作時閉環(huán)控制系統(tǒng)使條件φ_err≈0滿足，從而通過反饋相位獲得系統(tǒng)的賽格奈克相移，進(jìn)而得到系統(tǒng)的角速度信息。在系統(tǒng)角速度變化時，φ_err偏離零值，此時系統(tǒng)通過對φ_err的測量，并根據(jù)它調(diào)整反饋相位，最終從而實現(xiàn)反饋相位追蹤等于賽格奈克相移，所以殘余相位誤差φ_err測量的準(zhǔn)確性決定了系統(tǒng)的動態(tài)性能的和閉環(huán)精度。

實際光纖陀螺中的光電器件，由于存在著老化問題，如光源功率隨著時間的下降或者光電探測器靈敏度的下降，都會導(dǎo)致系統(tǒng)損耗的增加最終輸出的信號I的變化，從而造成殘余相位誤差φ_err測量的不準(zhǔn)，并直接導(dǎo)致了系統(tǒng)動態(tài)性能的惡化和閉環(huán)精度的下降。而不可避免的電路的低頻漂移也會產(chǎn)生相似的效果，從而需要對系統(tǒng)進(jìn)行信號的實時測量，并采取相應(yīng)的補償措施。

目前已有的方法，都是通過在系統(tǒng)光源后面分束器附加一個光電探測器進(jìn)行光強檢測，該方法需要附加器件及相應(yīng)的處理電路，提高了系統(tǒng)成本和功耗，并且增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，而復(fù)雜度的增加意味著可靠性的降低；并且以后方法都只是對系統(tǒng)進(jìn)行的測量，無法測量得到光電探測器靈敏度或電路低頻漂移造成的系統(tǒng)信號的變化，和實際系統(tǒng)的信號輸出變化有較大的出入。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前光纖陀螺研究中，需要對系統(tǒng)的光強進(jìn)行實時檢測，而已有的方法只能測量光強的變化，增加了系統(tǒng)成本和功耗，降低了系統(tǒng)可靠性，并且測量結(jié)果和實際系統(tǒng)的信號輸出不同的現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于在不降低系統(tǒng)的可靠性和增加成本及功耗的前提下，提供一種消除信號強度變化對光纖陀螺性能影響的方法，實現(xiàn)對系統(tǒng)閉環(huán)精度和動態(tài)性能的改善。

發(fā)明原理

φ_err≈0，工作線性區(qū)±π/2上，并具有最大靈敏度從而系統(tǒng)輸出信號(1)進(jìn)行化簡及一階近似可改寫為：

利用奇偶數(shù)調(diào)制周期的信號差進(jìn)行殘余相位誤差φ_err的檢測，則：

其中I_偶周期和I_奇周期分別為系統(tǒng)在奇偶周期對于系統(tǒng)采樣得到的結(jié)果，為實際測量得到的信息。可以看出殘余相位誤差φ_err為系統(tǒng)平均信號強度I₀的函數(shù)。如果由于光電器件老化或者電路低頻漂移造成了系統(tǒng)I₀的變化，則會造成殘余相位誤差φ_err測量的誤差，從而導(dǎo)致系統(tǒng)閉環(huán)精度和動態(tài)性能的惡化。

通過奇偶數(shù)周期的系統(tǒng)采樣結(jié)果和進(jìn)行系統(tǒng)的光強解調(diào)，可得到：

利用(4)中解調(diào)出光強對(3)中殘余相位誤差φ_err進(jìn)行補償，從而得到(5)式作為殘余相位誤差φ_err的檢測值，。

(5)不含有信號強度的信息，消除了信號強度變化對于系統(tǒng)動態(tài)性能和閉環(huán)精度的影響，提高了系統(tǒng)性能。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案的步驟如下：