[發明專利]諧振式光學陀螺數字閉環系統頻率反饋跟蹤鎖定裝置及方法

有效

• 申請號: 200810059114.8
• 申請日: 2008-01-14
• 公開（公告）號: CN101216314A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發明（設計）人: 馬慧蓮;李牡鋮;金仲和
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72;G01P9/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 張法高

1.一種諧振式光學陀螺數字閉環系統頻率反饋跟蹤鎖定裝置，其特征在于由依次相連接的激光器(1)、Y分支器(2)、第一相位調制器(3)、第一環形器(5)、耦合器(7)、第二環形器(6)、第二光電探測器(10)、第二數字信號處理電路(12)、激光器(1)構成閉環逆時針光路及信號處理電路，由依次相連接的激光器(1)、Y分支器(2)、第二相位調制器(4)、第二環形器(6)、耦合器(7)、第一環形器(5)、第一光電探測器(9)，第一數字信號處理電路(11)、第二組合鋸齒波發生器(14)、第二相位調制器(4)構成閉環順時針光路及信號處理電路，第一相位調制器(3)與第一組合鋸齒波發生器(13)相連，耦合器(7)與環形諧振腔(8)相連。

2.根據權利要求1所述的一種諧振式光學陀螺數字閉環系統的頻率反饋跟蹤鎖定裝置，其特征在于所述的第一數字信號處理電路(11)包括依次相連接的第一模擬數字轉換器(15)、第一數字鎖相放大器(16)、第一數字濾波器(17)、第一數字控制器(18)和第一數字模擬轉換器(19)。

3.根據權利要求1所述的一種諧振式光學陀螺數字閉環系統的頻率反饋跟蹤鎖定裝置，其特征在于所述的第二數字信號處理電路(12)包括依次相連接的第二模擬數字轉換器(20)、第二數字鎖相放大器(21)、第二數字濾波器(22)、第二數字控制器(23)和第二數字模擬轉換器(24)。

4.根據權利要求1所述的一種諧振式光學陀螺數字閉環系統的頻率反饋跟蹤鎖定裝置，其特征在于所述的第一組合鋸齒波發生器(13)包括相連接的第一數字鋸齒波發生器(25)、第三數字模擬轉換器(26)；第二組合鋸齒波發生器(14)包括相連接的第二數字鋸齒波發生器(27)、第四數字模擬轉換器(28)。

5.一種使用如權利要求1所述裝置的諧振式光學陀螺數字閉環系統頻率反饋跟蹤鎖定方法，其特征在于包括如下步驟：

1)在閉環逆時針光路及信號處理電路中，用第一組合鋸齒波發生器(13)生成頻率為f₁和2f₁，重復頻率為p的組合鋸齒波，激光器(1)發出的頻率為f的激光受到f₁和2f₁的的組合頻率調制，經過逆時針光路，第二光電探測器(10)輸出頻率為p的方波信號，方波幅度I_Dout的表達式為，

IDout(Δf)=(1-αC)ρI0[C02C02+(Δf-f12)2-C02C02+(Δf+f12)2],]]>諧振頻率偏差Δf是指進入環形諧振腔(8)的激光頻率與環形諧振腔本身的諧振頻率的差值，且Δf=f+f1+2f12-fCCW,]]>f^CCW是逆時針光路的諧振頻率，C₀，α_C，ρ是與調制頻率無關的系統參數，在諧振頻率偏差為零附近，方波幅度與諧振頻率偏差有單調遞增，斜率為k的近似線性關系區域I，在區域I兩側是減函數性質的單調區域II；在閉環順時針光路及信號處理電路中，用第二組合鋸齒波發生器(14)生成頻率為f₂和f₁+f₂，f₂可調，且初始值設為f₁，重復頻率為p的組合鋸齒波，第一光電探測器(9)輸出的方波幅度I_Dout與諧振頻率偏差Δf的表達式與逆時針光路相同，但諧振頻率偏差Δf=f+f2+f1+f22-fCW,]]>f^CW是順時針光路的諧振頻率；

2)判別系統初始狀態所處區域，引入判據1：|I_Dout2|＞|I_Dout1|，I_Dout1和I_Dout2分別為當諧振頻率偏差為Δf₁和Δf₂時解調得到的方波幅度，即I_Dout1＝I_Dout(Δf₁)，I_Dout2＝I_Dout(Δf₂)。Δf₀為系統啟動時諧振頻率偏差，賦值Δf₁＝Δf₀，反饋頻差δf₁＝-I_Dout1/k，Δf₂＝Δf₁+δf₁，若判據1成立，則表示頻差Δf₁落入區域II，反饋頻差δf₂＝-sign(I_Dout1)·|Δf_m|，這里Δf_m為環形諧振腔(8)的自由譜寬FSR與比例系數的乘積，δf₂的引入是為了當諧振頻率偏差位于區域II時可以較快的進入區域I又不致在區域II的兩側振蕩，同時Δf₁＝Δf₂+δf₂，再反饋頻差δf₁＝-I_Dout1/k，Δf₂＝Δf₁+δΔf₁，進行判據1，直至判據1不成立，則Δf₁進入區域I，其中sign(x)為符號函數，當x為正時，輸出為+1，當x為負時，輸出為-1；

3)進入區域I后進行諧振點判別，引入判據2：|I_Dout1|＝0，若判據2不成立，則反饋頻差δf₁＝-I_Dout1/k，同時Δf₁＝Δf₂+δf₁，直至判據2成立，程序結束，鎖定在諧振點；

4)用參數δf_t來累計順時針光路的反饋頻差，對逆時針光路，反饋頻差通過調節激光器(1)輸出的激光頻率f實現，對順時針光路，反饋頻差通過調節第二組合鋸齒波發生器(14)輸出的組合鋸齒波頻率f₂實現，在逆時針光路鎖定諧振點后，當陀螺沒有旋轉時，順時針光路也處于諧振狀態，f₂初始值設為f₁；當陀螺有Ω的旋轉角速度時，順時針光路將不再處于諧振狀態，需要引入反饋支路控制頻率f₂的大小，每次反饋后，f₂＝f₁+δf_t，鎖定到諧振點后，累加所得的δf_t即是順時針光路和逆時針光路的諧振頻率差，利用該諧振頻率差就可以獲得陀螺旋轉角速度。