[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

本發明公布了一種基于正弦?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和裝置。本發明裝置包括第一環路正弦波調制信號發生模塊及第二環路雙極性鋸齒波調制信號發生模塊。本發明采用兩個相位調制器實現雙路閉環，相比于采用三個相位調制器的正弦?鋸齒波調制方案，更利于系統小型化及互易性。本發明在第一環路使用正弦波調制,僅在第二環路使用斜率可控的雙極性鋸齒波調制，相比于雙極性鋸齒波調制及三角?鋸齒波調制方案，更利于減少脈沖噪聲。特別是相比于三角?鋸齒波調制方案，本發明無需在同一相位調制器上疊加兩個調制信號，電路實現相對簡單。本發明根據頻譜分析結果，提出由頻譜重疊引起的背向散射噪聲的抑制方法。

技術領域

本發明涉及光學傳感以及信號檢測技術領域，尤其涉及基于正弦-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和裝置。

技術背景

諧振式光學陀螺(ResonatorOptic Gyro，ROG)是利用光學Sagnac效應實現物體旋轉角速度檢測的一種慣性傳感器件。與單路閉環ROG相比，雙路閉環ROG 具有線性度好和動態范圍大的優點。目前，為了實現雙路閉環系統，提出了雙極性鋸齒波相位調制、正弦-鋸齒波相位調制及三角-鋸齒波相位調制等方案。

雙極性鋸齒波相位調制方案采用兩個鈮酸鋰(LiNbO₃)相位調制器加載調制信號。由于這種方案在系統兩路中都采用了雙極性鋸齒波調制，因此，會給系統的兩路都帶來由非理想因素(如鋸齒波非理想的復位幅度和時間)導致的復位脈沖噪聲。而且，鋸齒波相位調制的頻譜比傳統的正弦波相位調制的頻譜要復雜，因此，當鋸齒波相位調制同時應用于第一環路和第二環路時，會增加第一和第二環路相位調制頻譜重疊的可能性，這不利于降低背向散射噪聲。

正弦-鋸齒波相位調制方案采用三個LiNbO₃相位調制器加載調制信號。在該方案中，一個環路同時進行正弦波相位調制和鋸齒波反饋移頻，另一個環路只被正弦波調制。相比于雙極性鋸齒波相位調制方案，這種方案將降低復位脈沖噪聲。然而，該方案需要三個相位調制器來加載調制信號，這會帶來系統體積的增大和互易性的降低等不利因素。

三角-鋸齒波相位調制方案采用兩個LiNbO₃相位調制器加載調制信號。在該方案中，一個環路同時進行三角波相位調制和鋸齒波反饋移頻，另一個環路只被三角波調制。然而，這種方案中，需要將三角波和鋸齒波信號相加后的一個大電壓信號加載到其中一個相位調制器上，這會增加電路設計的復雜性。而且，采用三角波相位調制仍然不能完全消除兩個環路的脈沖噪聲。

綜合上述目前采用的方案存在的問題，為了在不增加相位調制器數目的情況下，盡可能減少脈沖噪聲對ROG系統的影響，同時又不增加調制信號電路實現的復雜性，本發明提出一種基于正弦-雙極性鋸齒波相位調制的雙路閉環ROG 的實現方法和裝置。為了減少兩環路頻譜重疊引起的背向散射噪聲，本發明提出了相應的抑制方法。

發明內容

本發明是針對雙路閉環ROG系統中的脈沖噪聲問題、系統小型化問題以及頻譜重疊引起的背向散射噪聲問題等，提出了一種基于正弦-雙極性鋸齒波相位調制的雙路閉環ROG的實現方法和裝置。

基于正弦-雙極性鋸齒波相位調制的雙路閉環ROG的實現方法要求兩路相位調制器上分別使用正弦波相位調制和雙極性鋸齒波相位調制，且雙極性鋸齒波調制信號發生模塊能夠產生斜率可控的鋸齒波。基于正弦-雙極性鋸齒波相位調制的雙路閉環ROG的實現方法具體包括：

正弦波調制的第一環路通過檢測光電轉換器輸出信號中的正弦波調制頻率的一次頻信號幅度，得到第一環路諧振頻率與可調諧半導體激光器中心頻率的差值，將此頻率差信號輸入第一環路頻率伺服控制模塊，頻率伺服控制模塊輸出信號輸入可調諧半導體激光器調諧端，反饋控制可調諧半導體激光器中心頻率，將可調諧半導體激光器的中心頻率鎖定在第一環路諧振頻率上。