[發明專利]一種光纖陀螺本征頻率在線自動跟蹤的方法

在審

• 申請號: 201811619138.4
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109724582A
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 潘雄;代琪;宋凝芳;王夏霄;熊瑞;張少博;郝帥
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72;G01C25/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

本發明公開了一種光纖陀螺本征頻率在線自動跟蹤的方法，屬于光纖陀螺技術領域。本發明在開環離線狀態下的本征頻率測量基礎上，建立在線提取陀螺調制信號頻率偏離本征頻率的誤差量與本征頻率的關系模型，設計在不影響閉環陀螺正常角速度解調的前提下對閉環光纖陀螺的進行分時復用調制和調制信號頻率雙時鐘無縫切換調整的方案。利用本發明所提供的方法在不影響主閉環回路角速度解調的前提下，提取調制頻率偏離本征頻率的誤差量，并反饋調整，而且還能消除切換過程中可能帶來的抖動，為高精度光纖陀螺標度因數的補償提供了一條道路。

技術領域

本發明屬于光纖陀螺技術領域，具體涉及一種光纖陀螺本征頻率在線自動跟蹤的方法，特別適用于在長期貯存后開機使用的高精度光纖陀螺。

背景技術

干涉式光纖陀螺以其全固態結構、小尺寸、低成本等優點在慣性角速度領域得到了廣泛應用。

標度因數是光纖陀螺的一個重要參數，相對于激光陀螺而言，光纖陀螺有一個明顯的劣勢，是它的標度因數特性較差。隨著陀螺精度的提高，很多深層次的技術問題開始暴露出來。光纖陀螺必須有精確的標度因數。在多物理場作用下，陀螺的“標度因數”重復性、穩定性的長期保持存在問題，光源的光譜、調制器性能和光纖敏感環等器件參數變化等因素都在不同程度上引起標度因數的變化。全數字閉環光纖陀螺的標度因數受到光纖敏感環熱脹冷縮的影響，可以通過溫度補償減小。在光纖陀螺中，光纖的主要成分是石英，石英材料膨脹系數為10^-7量級，全溫范圍內長度變化為10^-5量級，即幾十個ppm。溫度的改變會導致光纖敏感環長度、直徑和折射率的變化，有些光纖的折射率對溫度較敏感，其折射率溫度系數在10×10^-6/℃左右，雖然光纖的熱膨脹系數比較低，在1×10^-7/℃左右，但是繞環所用的膠體受到溫度影響很大，膠體的膨脹和收縮同樣會改變光纖敏感環的長度，是光纖長度變化的一個原因。同時由于光纖有涂覆膠，光纖敏感環成環時有繞環膠，實際上長期貯存情況下的光纖陀螺，其光纖敏感環的長度(L)和直徑(D)除受溫度的影響外同時受水汽等其他因素的影響，這些因素導致的光纖敏感環的變化無法消除，也無法對標度因數進行有效的補償。

光纖陀螺的本征頻率定義為光在光纖敏感環中渡越時間的倒數的1/2，其大小與光纖敏感環的長度，折射率都有關。長期貯存情況下，溫度、水汽等的改變會導致光纖長度的變化，從而導致光纖陀螺本征頻率的改變，而本征頻率的改變會影響光纖陀螺的標度因數，這就會對光纖陀螺的性能產生影響，由此可見，本征頻率是光纖陀螺的一個極其重要的參數，它會受到外界溫度、水汽等因素的影響，光纖陀螺本征頻率改變造成了光纖陀螺標度因數的不穩定，對陀螺的性能產生不利的影響，因此有必要對光纖陀螺進行在線的自動跟蹤，以使調制頻率能調整到較為準確的本征頻率處，而現有的本征頻率測量技術都不能實現在線自動跟蹤。

發明內容

本發明的目的為：實現對光纖陀螺本征頻率高精度在線自動跟蹤，為解決陀螺長期貯存開機后本征頻率在線跟蹤的問題，在開環離線狀態下的本征頻率測量基礎上，建立誤差量與本征頻率的關系模型，設計在不影響閉環陀螺正常角速度解調的前提下對閉環光纖陀螺的調制信號頻率進行調整的方案。所述的誤差量是指在線提取的陀螺調制頻率偏離本征頻率的誤差量。

本發明提供的一種光纖陀螺本征頻率在線自動跟蹤的方法，具體步驟如下：

步驟一、邏輯處理器產生A路數字量的調制信號，所述調制信號為兩倍前期離線測量所得本征頻率的鋸齒波信號以及與前期離線測量所得本征頻率同頻的方波信號相疊加所形成。方波信號的每半周期的前1/3部分疊加鋸齒波信號。

步驟二、所述A路調制信號經過數模轉換器轉換為兩路差分的模擬調制電壓信號，兩路差分的模擬調制電壓信號經過緩沖放大器放大后施加到集成光學相位調制器上，集成光學相位調制器利用模擬調制電壓信號對Sagnac(薩格納克)干涉儀上兩路反向傳播的光進行相位調制。