[發明專利]雙路閉環諧振式光學陀螺的實現方法和裝置

有效

• 申請號: 201910261780.8
• 申請日: 2019-04-02
• 公開（公告）號: CN109959372B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 應迪清;謝濤;王澤宇;劉強;葉科斌;金仲和
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C19/66
• 分類號: G01C19/66
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種基于正弦-雙極性鋸齒波相位調制的雙路閉環諧振式光學陀螺的實現方法，其特征在于包括如下步驟：

采用兩個相位調制器，其中第一環路相位調制器使用正弦波相位調制，第二環路相位調制器使用雙極性鋸齒波相位調制，且第二環路雙極性鋸齒波調制信號發生模塊能夠產生斜率可控的雙極性鋸齒波；

光學諧振腔通過檢測第一環路和第二環路的諧振頻率差來實現物體旋轉角速度的檢測；正弦波調制的第一環路通過第一環路頻率伺服控制模塊將可調諧半導體激光器中心頻率鎖定在第一環路諧振頻率上；

雙極性鋸齒波調制的第二環路中，在線性區，通過第二環路鎖相放大器得到的解調值正比于第一環路和第二環路的諧振頻率差，也正比于物體的旋轉角速度；將第二環路解調值輸入第二環路頻率伺服控制模塊后得到的輸出信號輸入第二環路雙極性鋸齒波調制信號發生模塊，實時調整雙極性鋸齒波波形，反饋控制雙極性鋸齒波的等效移頻量，以實現第二環路的諧振頻率鎖定；在第一環路和第二環路均鎖定的情況下，第二環路的反饋信號作為陀螺輸出信號。

2.根據權利要求1所述的基于正弦-雙極性鋸齒波相位調制的雙路閉環諧振式光學陀螺的實現方法，其特征在于第一環路中正弦波調制頻率應等于雙極性鋸齒波調制重復頻率的偶數倍，以提高背向散射噪聲抑制效果。

3.根據權利要求1所述的基于正弦-雙極性鋸齒波相位調制的雙路閉環諧振式光學陀螺的實現方法，其特征在于為減小環路間頻譜重疊引起的背向散射噪聲，使正弦波調制頻率為雙極性鋸齒波調制復位頻率的127.6%到134.5%。

4.根據權利要求1所述的基于正弦-雙極性鋸齒波相位調制的雙路閉環諧振式光學陀螺的實現方法，其特征在于：

在雙路閉環諧振式光學陀螺的實現過程中，為了得到陀螺實際工作中雙極性鋸齒波相位調制信號的調相譜特性，采用基于仿真軟件快速傅立葉變換的頻譜分析方法分析第二環路雙極性鋸齒波相位調制下的頻譜，并以此為依據通過調整調制信號參數來減少環路間頻譜重疊，以減小背向散射噪聲；所述的基于仿真軟件快速傅立葉變換頻譜分析方法具體描述如下：采集雙路閉環情況下的實際雙極性鋸齒波調制信號數據；將采集得到的雙極性鋸齒波調制信號數據導入仿真軟件中；并將其作為雙極性鋸齒波調制信號代入相位調制后的光場公式中，得到第二環路相位調制后的光場信號；對第二環路光場信號在仿真軟件中進行快速傅立葉變換分析，從而得到經過雙極性鋸齒波調制后的第二環路光場頻譜。

5.一種基于正弦-雙極性鋸齒波相位調制的雙路閉環諧振式光學陀螺的實現裝置，其特征在于包括：可調諧半導體激光器（1）、隔離器（2）、分光耦合器（3）、第一環路相位調制器（4）、第二環路相位調制器（5）、第一環路正弦波調制信號發生模塊（6）、第二環路雙極性鋸齒波調制信號發生模塊（7）、輸入端耦合器（8）、光學諧振腔（9）、輸出端耦合器（10）、第一環路光電探測器（11）、第二環路光電探測器（12）、第一環路鎖相放大器（13）、第二環路鎖相放大器（14）、第一環路頻率伺服控制模塊（15）、第二環路頻率伺服控制模塊（16）、第二環路低通濾波模塊（17）；

可調諧半導體激光器（1）與隔離器（2）相連，隔離器（2）與分光耦合器（3）相連，分光耦合器（3）的兩路輸出分別與第一環路相位調制器（4）和第二環路相位調制器（5）相連，第一環路相位調制器（4）和第二環路相位調制器（5）的輸出光通過輸入端耦合器（8）進入光學諧振腔（9），光學諧振腔（9）中的兩路光通過輸出端耦合器（10）輸出后分別與第一環路光電探測器（11）和第二環路光電探測器（12）相連，第一環路光電探測器（11）的輸出依次通過順次相連的第一環路鎖相放大器（13）、第一環路頻率伺服控制模塊（15）及可調諧半導體激光器（1）的調諧端，構成第一環路頻率伺服控制回路；第二環路光電探測器（12）的輸出與第二環路鎖相放大器（14）相連，第二環路鎖相放大器（14）的輸出與第二環路頻率伺服控制模塊（16）相連，第二環路頻率伺服控制模塊（16）的輸出同時與第二環路雙極性鋸齒波調制信號發生模塊（7）和第二環路低通濾波模塊（17）相連，第一環路正弦波調制信號發生模塊（6）的輸出與第一環路相位調制器（4）相連，第二環路低通濾波模塊（17）的輸出作為陀螺輸出。