[發明專利]一種光纖陀螺本征頻率的在線跟蹤方法及系統

有效

• 申請號: 202110107350.8
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112697125B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 張慶偉;陳地;鄧衛林
• 申請（專利權）人: 湖北三江航天紅峰控制有限公司
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72;G01C25/00
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 張英

本發明公開了一種光纖陀螺本征頻率的在線跟蹤方法及系統，光纖陀螺包括依次連接的ASE光源、光纖耦合器、集成光學相位調制器和光線敏感環，光纖耦合器的反饋端依次通過光電探測器、前置放大器和模數轉換器后輸入至邏輯處理器的信號接收端，集成光學相位調制器的控制端依次通過緩沖放大器和數模轉換器后連接至邏輯處理器的信號發送端，通過構造四態方波和鋸齒波疊加得到的調制信號，通過經光纖陀螺的閉環控制回路傳輸后得到的待解調信號，通過對光纖陀螺調制頻率和實際頻率的誤差解調，并對光纖陀螺調制頻率源時鐘進行動態調整，從而實現對光纖陀螺本征頻率的自動跟蹤，不影響角速度閉環回路和半波電壓閉環回路，對光纖陀螺角速度通道精度無影響。

技術領域

本發明屬于光纖陀螺技術領域，更具體地，涉及一種光纖陀螺本征頻率的在線跟蹤方法及系統。

背景技術

光纖陀螺是一種基于Sagnac效應的角速率傳感器，由于其成本低、工藝簡單、可靠性高、抗沖擊振動能力強，其應用前景備受重視，已經成為主流的傳感器之一。高精度光纖陀螺一般采用四態方波過調制技術對光纖陀螺進行偏置調制，要求四態方波調制頻率與光纖陀螺實際本征頻率一致。但在現有的光纖陀螺中，調制頻率根據常溫下測得的本征頻率進行設定。

在陀螺進行變溫過程中，由于光纖敏感環的物理長度及快軸的有效折射率均隨溫度發生變化，所以光纖陀螺的實際本征頻率隨周圍環境溫度的變化而變化，導致光纖環長度及光纖環平均直徑的相同溫變趨勢之間相互疊加，使光纖陀螺標度因數全溫穩定性變差。四態方波調制頻率與光纖陀螺實際本征頻率產生的偏差還會導致探測器信號中的“尖峰脈沖”信號展寬，陀螺解調信號中包含的“尖峰脈沖”高頻成分發生變化，使光纖陀螺產生零偏漂移，從而對高精度光纖陀螺的全溫精度產生不利影響，因此傳統的四態方波調制方法不能跟蹤光纖陀螺實際本征頻率。

發明內容

針對現有技術的至少一個缺陷或改進需求，本發明提供了一種光纖陀螺本征頻率的在線跟蹤方法及系統，旨在解決傳統的四態方波調制方法不能跟蹤光纖陀螺實際本征頻率的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種光纖陀螺本征頻率的在線跟蹤方法，該方法包括：

獲取的光纖陀螺本征頻率τ和頻率生成器的賦值，輸入頻率生成器的賦值以輸出對應的閉環控制回路時鐘，將閉環控制回路時鐘發送至邏輯處理器；

邏輯處理器基于閉環控制回路時鐘并依據光纖陀螺本征頻率τ生成對應的不對稱四態方波信號和鋸齒波信號，將兩個信號疊加得到調制信號，其中，不對稱四態方波信號的周期為2τ，每個周期中相位浮動為±φ的持續時間為相位浮動為2π±φ的持續時間為鋸齒波信號的周期為τ，每個周期中幅值從0上升到最大幅值的總時間為保持幅值為0的時間為

調制信號經過光纖陀螺的閉環控制回路傳輸后，被邏輯處理器接收得到待解調信號，解調待解調信號獲取本征頻率誤差值，解調過程包括：同一個周期內的第一個周期和第四個周期的信號相減解調得到本征頻率誤差值和角速度誤差值的疊加值，同一個周期內的第二個周期和第五個周期的信號相減解調得到相同調制相位下的角速度誤差值，該疊加值減去相同調制相位下的角速度誤差值得到本征頻率誤差值；

利用本征頻率誤差值更新頻率生成器的賦值和獲取的光纖陀螺本征頻率，重復迭代上述步驟直至達到迭代終止條件，輸出迭代終止時獲取的光纖陀螺本征頻率。

作為本發明的進一步改進，光纖陀螺包括依次連接的ASE光源、光纖耦合器、集成光學相位調制器和光線敏感環，其中，光纖耦合器的反饋端依次通過光電探測器、前置放大器和模數轉換器后輸入至邏輯處理器的信號接收端，集成光學相位調制器的控制端依次通過緩沖放大器和數模轉換器后連接至邏輯處理器的信號發送端。

作為本發明的進一步改進，光纖陀螺本征頻率和頻率生成器的賦值的初始值獲取過程包括：獲取光纖陀螺的初始渡越時間作為光纖陀螺本征頻率τ的初始值，并依據初始渡越時間獲取頻率生成器的賦值的初始值。