[發(fā)明專利]諧振式光學(xué)陀螺數(shù)字閉環(huán)系統(tǒng)頻率反饋跟蹤鎖定裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810059114.8
• 申請(qǐng)日: 2008-01-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101216314A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬慧蓮;李牡鋮;金仲和
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C19/72
• 分類號(hào): G01C19/72;G01P9/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種諧振式光學(xué)陀螺數(shù)字閉環(huán)系統(tǒng)頻率反饋跟蹤鎖定裝置及方法。本發(fā)明所涉及的軟件算法簡(jiǎn)單可靠，并且能夠快速實(shí)現(xiàn)頻率鎖定，本發(fā)明提出的頻率反饋跟蹤鎖定方法可以比較方便地在數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP上實(shí)現(xiàn)。

背景技術(shù)

諧振式光學(xué)陀螺是利用光學(xué)Sagnac效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)的一種高精度的慣性傳感器件。諧振式光學(xué)陀螺的核心敏感部件是一個(gè)由光波導(dǎo)或光纖組成的無(wú)源環(huán)形諧振腔，簡(jiǎn)稱諧振腔，當(dāng)諧振腔繞垂直于所在平面的軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，則諧振腔內(nèi)順時(shí)針和逆時(shí)針傳播方向的光束間將產(chǎn)生正比于旋轉(zhuǎn)角速度的諧振頻率差，通過(guò)檢測(cè)該諧振頻率差就可以獲得載體旋轉(zhuǎn)角速度。新的高性能諧振式光學(xué)陀螺，普遍傾向于數(shù)字閉環(huán)檢測(cè)方案，通過(guò)反饋控制輸入諧振腔的頻率，使諧振腔內(nèi)順時(shí)針和逆時(shí)針傳輸光都處于諧振狀態(tài)。因此，頻率反饋跟蹤鎖定技術(shù)在諧振式光學(xué)陀螺閉環(huán)系統(tǒng)中占有非常重要的地位。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種諧振式光學(xué)陀螺數(shù)字閉環(huán)系統(tǒng)頻率反饋跟蹤鎖定裝置及方法。

諧振式光學(xué)陀螺數(shù)字閉環(huán)系統(tǒng)頻率反饋跟蹤鎖定裝置是由依次相連接的激光器、Y分支器、第一相位調(diào)制器、第一環(huán)形器、耦合器、第二環(huán)形器、第二光電探測(cè)器、第二數(shù)字信號(hào)處理電路、激光器構(gòu)成閉環(huán)逆時(shí)針光路及信號(hào)處理電路，由依次相連接的激光器、Y分支器、第二相位調(diào)制器、第二環(huán)形器、耦合器、第一環(huán)形器、第一光電探測(cè)器，第一數(shù)字信號(hào)處理電路、第二組合鋸齒波發(fā)生器、第二相位調(diào)制器構(gòu)成閉環(huán)順時(shí)針光路及信號(hào)處理電路，第一相位調(diào)制器與第一組合鋸齒波發(fā)生器相連，耦合器與環(huán)形諧振腔相連。

所述的第一數(shù)字信號(hào)處理電路包括依次相連接的第一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、第一數(shù)字鎖相放大器、第一數(shù)字濾波器、第一數(shù)字控制器和第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。

第二數(shù)字信號(hào)處理電路包括依次相連接的第二模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、第二數(shù)字鎖相放大器、第二數(shù)字濾波器、第二數(shù)字控制器和第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。

第一組合鋸齒波發(fā)生器包括相連接的第一數(shù)字鋸齒波發(fā)生器、第三數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器；第二組合鋸齒波發(fā)生器包括相連接的第二數(shù)字鋸齒波發(fā)生器、第四數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。

諧振式光學(xué)陀螺數(shù)字閉環(huán)系統(tǒng)頻率反饋跟蹤鎖定方法包括如下步驟：

1)在閉環(huán)逆時(shí)針光路及信號(hào)處理電路中，用第一組合鋸齒波發(fā)生器13生成頻率為f₁和2f₁，重復(fù)頻率為p的組合鋸齒波，激光器1發(fā)出的頻率為f的激光受到f₁和2f₁的的組合頻率調(diào)制，經(jīng)過(guò)逆時(shí)針光路，第二光電探測(cè)器10輸出頻率為p的方波信號(hào)，方波幅度I_Dout的表達(dá)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(jìn)入環(huán)形諧振腔8的激光頻率與環(huán)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(shí)針光路的諧振頻率，C₀，α_C，ρ是與調(diào)制頻率無(wú)關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)，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(diào)遞增，斜率為k的近似線性關(guān)系區(qū)域I，在區(qū)域I兩側(cè)是減函數(shù)性質(zhì)的單調(diào)區(qū)域II；在閉環(huán)順時(shí)針光路及信號(hào)處理電路中，用第二組合鋸齒波發(fā)生器14生成頻率為f₂和f₁+f₂，f₂可調(diào)，且初始值設(shè)為f₁，重復(fù)頻率為p的組合鋸齒波，第一光電探測(cè)器9輸出的方波幅度I_Dout與諧振頻率偏差Δf的表達(dá)式與逆時(shí)針光路相同，但諧振頻率偏差Δf=f+f2+f1+f22-fCW,]]>f^CW是順時(shí)針光路的諧振頻率；