[發明專利]一種超高精度干涉式光纖陀螺儀的信號處理方法及裝置

有效

• 申請號: 201910264978.1
• 申請日: 2019-04-03
• 公開（公告）號: CN109974684B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: 王夏霄;孔令海;鄭月;張春熹;宋凝芳;金靖
• 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
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種超高精度干涉式光纖陀螺儀的信號處理方法及裝置，將電壓信號轉換成與模數轉換器相同位數的數字信號，對數字信號進行擴位，對擴位后的數字信號進行角速率積分運算和反饋階梯波積分運算，將經過連續雙積分運算后的數字信號截位至與數模轉換器相同位數的數字信號后進行輸出。通過連續的兩次積分能夠將低位有效數據信息積累提升至數據高位，截位后的數字量的最低有效位代表的相位信息可以由反饋階梯波積分的參數設置調節，相比于先截位再進行反饋階梯波積分，能夠最大程度的在程序中降低由于數模轉換器的有限位數引起的干涉式光纖陀螺儀的數字信號的量化誤差，從而可以有效抑制此類量化誤差對超高精度干涉式光纖陀螺儀零偏的影響。

技術領域

本發明涉及光纖陀螺技術領域，尤其涉及一種超高精度干涉式光纖陀螺儀的信號處理方法及裝置。

背景技術

干涉式光纖陀螺儀憑借著其測量精度高、靈敏度好、動態范圍大、體積小、重量輕、壽命長以及易集成等特點，廣泛應用于軍事和民用領域，在導彈制導、衛星導航以及姿態控制等方向都起著重要的作用，近年來已經成為全世界的研究熱點。超高精度光纖陀螺是目前國際上光纖陀螺技術的頂峰，主要應用于潛艇、航母等高精度艦(艇)載型慣性導航系統等，具有重大的軍事戰略意義。

干涉式光纖陀螺儀是一種角速率敏感裝置，如圖1所示，主要包括光源101、耦合器102、相位調制器103、敏感光纖環104、探測器105和信號處理器106。干涉式光纖陀螺儀的工作原理為：光源101發出光束，經過耦合器102與相位調制器103后分成相位相同且傳播方向相反的兩束光，若敏感光纖環104發生轉動，由于薩格納克(Sagnac)效應，正/反向兩束光經過在敏感光纖環104內的傳播后會產生相位差，在耦合器102處干涉時光強發生變化，由探測器105將光信號轉換為電壓信號，在信號處理器106中解調檢測光強變化，進而處理得到角速率信息。

全數字閉環反饋方案是干涉式光纖陀螺儀的主流檢測方案，也是目前國內外超高精度干涉式光纖陀螺儀最適用的方案之一，全數字量的數據處理過程能夠代替以往的模擬正弦反饋信號，可以克服模擬輸入偏置的漂移等問題。在現有的全數字閉環反饋方案中，模擬信號經N_AD位模數(A/D)轉換器變換為數字信號，數字信號經過解調、累加、濾波等數字運算，輸出N_DA位數字量至數模(D/A)轉換器，N_DA位數字量被變換為模擬信號后施加在相位調制器上進行反饋。由于干涉式光纖陀螺儀的典型采樣頻率為MHz量級，模擬信號的帶寬很大，因此，存在大量的白噪聲，根據信號處理理論，所使用的A/D轉換器的LSB值只要比噪聲σ小即可，因此，所使用的A/D轉換器的位數無需太高。模擬信號被轉換為數字信號后需要進行一系列的算法運算，為了防止運算過程中的數據溢出等問題，N_AD位的初始數字量通常要擴位至N_S，經過一系列的算法運算之后，受限于D/A轉換器的位數，運算后的數字量需要截位至N_DA，截位操作會丟失反饋信息中的低位有效數據，從而會產生量化誤差。

在普通精度的干涉式光纖陀螺儀中，通過適當提高A/D轉換器和D/A轉換器的位數以及增加平滑濾波等技術，可以有效抑制干涉式光纖陀螺儀中的量化誤差，使量化誤差成為干涉式光纖陀螺儀的非關鍵影響因素。然而，對于超高精度光纖陀螺儀而言，任何形式的誤差都極為明顯，即使是量級很小的量化誤差，也會對戰略級的超高精度光纖陀螺存在不可忽略的零偏影響，尤其是針對超高精度光纖陀螺的短期精度的影響十分重大。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種超高精度干涉式光纖陀螺儀的信號處理方法及裝置，用以降低由于數模轉換器的有限位數引起的超高精度干涉式光纖陀螺儀的數字信號的量化誤差。

因此，本發明提供了一種超高精度干涉式光纖陀螺儀的信號處理方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：將由調制后的光強信號轉換成的電壓信號轉換為位數與模數轉換器的位數相同的數字信號；