[發明專利]一種光纖陀螺渡越時間的實時跟蹤裝置及方法

有效

• 申請號: 201711085716.6
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107917705B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 陳杏藩;祝訓敏;劉承;舒曉武
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種光纖陀螺渡越時間的實時跟蹤裝置，包括寬譜光源(1)、光纖耦合器(2)、相位調制器(3)、光纖環(4)、光電探測器(5)、模數轉換器(6)、數字信號處理器(7)和數模轉換器(8)，光纖耦合器(2)一側的一個尾纖與光電探測器(5)的輸入端連接，光纖耦合器(2)一側的另一個尾纖與寬譜光源(1)的輸出端連接，光纖耦合器(2)另一側的一個尾纖和相位調制器(3)的輸入尾纖連接，光纖耦合器(2)另一側的另一個尾纖為死頭光纖，在系統中不用；相位調制器(3)的兩個輸出尾纖分別與光纖環(4)的兩端相連接，光電探測器(5)經模數轉換器(6)連接到數字信號處理器(7)，數字信號處理器(7)經數模轉換器(8)連接到相位調制器(3)，模數轉換器(6)和數模轉換器(8)均由數字信號處理器(7)控制；其特征在于：包括壓控晶振(9-2)并添加一個數模轉換模塊(10)；壓控晶振(9-2)分別連接模數轉換器(6)、數字信號處理器(7)和數模轉換器(8)，數模轉換模塊(10)連接在壓控晶振(9-2)和數字信號處理器(7)之間；

所述的壓控晶振(9-2)為模數轉換器(6)、數模轉換器(8)和數字信號處理器(7)提供時鐘信號，數模轉換模塊(10)由數字信號處理器(7)控制，數字信號處理器(7)輸出電壓信號經數模轉換模塊(10)數模轉換后發送到壓控晶振(9-2)的牽引電壓輸入端。

2.根據權利要求1所述的一種光纖陀螺渡越時間的實時跟蹤裝置，其特征在于：所述的數模轉換模塊(10)是指所有將數字信號轉化為模擬電壓值的芯片或電路。

3.應用于權利要求1所述裝置的一種光纖陀螺渡越時間的實時跟蹤方法，其特征在于：所述方法的步驟為：

1)對數字信號處理器(7)進行相位調制，相位調制周期為T_m，單個相位調制周期的波形是由N_step個調制步構成，單個相位調制步持續時間的初始值為T₀，且設定單個相位調制步持續時間的初始值T₀與光纖環渡越時間Δτ_g的相對偏差不超過10％，每個調制步的調制相位是固定的；并設定反饋周期T_fb，反饋周期T_fb是由N_m個相位調制周期T_m組成；

2)在調制步的邊沿時刻前后ΔT時間內，對陀螺儀的光電探測器(5)的輸出信號通過模數轉換器(6)進行采樣，對一個反饋周期T_fb內的采樣值依次進行脈沖凈面積提取(A)、四步微擾解調(B)的步驟處理，然后同時進行積分(C)、四步微擾調制(D)后再進行位數截斷處理(E)，獲得運算結果；

調制步的邊沿時刻是指調制步所持續時間的前后兩端的時刻；

3)完成一個反饋周期T_fb后，將反饋次數k累加1，將獲得的運算結果輸出到數模轉換模塊(10)中，從而控制壓控晶振(9-2)的牽引電壓，使得壓控晶振(9-2)振蕩頻率變化，進而使得單個相位調制步持續時間實時發生變化；

4)再重復上述步驟1)～3)，使得在光纖環渡越時間隨環境波動發生變化時，單個相位調制步持續時間T_k無限接近于光纖環渡越時間Δτ_g。

4.根據權利要求3所述的一種光纖陀螺渡越時間的實時跟蹤方法，其特征在于：所述的步驟1)中對反饋周期T_fb劃分區間，具體為：將一個反饋周期T_fb等分為若干區間，每個區間均包含若干個完整的相位調制周期，區間的總數N_s為四的公倍數，以每連續相鄰的四個區間形成一組，一組的四個區間按時間順序分別依次為1類區間、2類區間、3類區間和4類區間。

5.根據權利要求4所述的一種光纖陀螺渡越時間的實時跟蹤方法，其特征在于：所述步驟2)具體為：

2.1)脈沖凈面積提取(A)：

針對反饋周期T_fb的每個區間，在區間中各個調制步邊沿時刻之后的ΔT時間內進行采樣，獲得固定采樣數量N_ad的光電探測器(5)輸出信號的采樣值，計算所有采樣值的累加和SUM1；

針對反饋周期T_fb的每個區間，在區間中各個調制步邊沿時刻之前的ΔT時間內進行采樣，獲得固定采樣數量N_ad的光電探測器(5)輸出信號的采樣值，計算所有采樣值的累加和SUM2；

由累加和SUM1減去累加和SUM2得到區間對應的脈沖凈面積SUM3；

2.2)四步微擾解調(B)：

一個反饋周期T_fb內，累加所有1類區間和4類區間的脈沖凈面積SUM3得到面積SUM4，累加所有2類區間和3類區間的脈沖凈面積SUM3得面積SUM5，由面積SUM4減去面積SUM5得到反饋周期對應的解調結果SUM6；

2.3)積分(C)和四步微擾調制(D)：

積分(C)：每當一個反饋周期的解調結果SUM6計算結束時，將周期中的解調結果SUM6累加到數字信號處理器(7)內部的積分寄存器中；

四步微擾調制(D)：每當一個區間的脈沖凈面積SUM3計算結束時，按以下方式覆蓋寫入到數字信號處理器(7)內部的微擾寄存器；

若區間為1類區間或4類區間，則寫入負微擾值，若區間為2類區間或3類區間，則寫入正微擾值；

2.4)位數截斷(E)：

每當一個區間的脈沖凈面積SUM3計算結束時，計算積分寄存器和微擾寄存器之和SUM7，然后整形數據SUM7的最低Coff_I個數據位進行舍入截斷得到數字量SUM8，Coff_I為舍入截斷的位數，將數字量SUM8輸出到數模轉換模塊(10)。