[發(fā)明專利]一種基于四態(tài)調(diào)制的集成光學(xué)相位調(diào)制器系數(shù)跟蹤方法

有效

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• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113063410B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王志強(qiáng);蘇森
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽華馳動能科技有限公司
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

本發(fā)明公開了一種基于四態(tài)調(diào)制的集成光學(xué)相位調(diào)制器系數(shù)跟蹤方法，用于光纖陀螺，具體包括如下步驟：第一步，進(jìn)行基于四態(tài)調(diào)制分析，利用溫度波動引起的集成光學(xué)相位調(diào)制器增益的誤差信號來補(bǔ)償集成光學(xué)相位調(diào)制器的增益漂移量變化；第二步，建立集成光學(xué)相位調(diào)制器增益漂移的跟蹤系統(tǒng)；通過變量的替換，將集成光學(xué)相位調(diào)制器增益漂移的跟蹤系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為具有不確定性和隨機(jī)擾動的線性系統(tǒng)；第三步，針對集成光學(xué)相位調(diào)制器增益漂移隨溫度和溫度梯度的變化，設(shè)計(jì)集成光學(xué)相位調(diào)制器閉環(huán)系統(tǒng)和跟蹤系統(tǒng)魯棒控制器，以保證任何參數(shù)不確定性都滿足魯棒均方指數(shù)穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖陀螺技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光纖陀螺基于四態(tài)調(diào)制的集成光學(xué)相位調(diào)制器系數(shù)跟蹤方法。

背景技術(shù)

光纖陀螺是一種基于光學(xué)Sagnac效應(yīng)、用于慣性導(dǎo)航的固態(tài)陀螺儀，相較于傳統(tǒng)的陀螺儀，其具有精度高、抗沖擊性強(qiáng)、體積小、功耗低等特點(diǎn)。近些年來，隨著光學(xué)器件及光纖技術(shù)的發(fā)展，使光纖陀螺在各種應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)都具有廣泛的發(fā)展前景。但光纖陀螺外界溫度環(huán)境的變化會引起調(diào)制相位的變化，造成偏置相位與反饋相位的不準(zhǔn)確，使測量結(jié)果產(chǎn)生誤差，這也是限制高精度光纖陀螺工程化應(yīng)用的原因之一。

在現(xiàn)有技術(shù)中，采用方波偏置調(diào)制對集成光學(xué)相位調(diào)制器增益漂移修正有效率低的缺陷；其他一些研究中采用基于四態(tài)調(diào)制技術(shù)的帶積分器算法的第二閉環(huán)系統(tǒng)以補(bǔ)償集成光學(xué)相位調(diào)制器的增益漂移，但沒有考慮可能影響第二閉環(huán)系統(tǒng)跟蹤精度的光纖陀螺主閉環(huán)誤差，也沒有給出優(yōu)化第二閉環(huán)系統(tǒng)跟蹤性能的方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了提高集成光學(xué)相位調(diào)制器增益漂移修正的效率，在溫度變化的條件下獲得滿意的補(bǔ)償集成光學(xué)相位調(diào)制器增益漂移的瞬態(tài)性能，并提高光纖陀螺在不同溫度條件下的標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性。本發(fā)明基于四態(tài)調(diào)制技術(shù)，考慮到主閉環(huán)誤差的存在，分析得到可以利用在光電探測器上由溫度引起的集成光學(xué)相位調(diào)制器上增益的誤差信號來補(bǔ)償集成光學(xué)相位調(diào)制器增益的變化。本發(fā)明在考慮主閉環(huán)誤差存在的情況下，設(shè)計(jì)跟蹤光纖陀螺的集成光學(xué)相位調(diào)制器增益的第二個環(huán)路，然后建立集成光學(xué)相位調(diào)制器增益漂移的跟蹤系統(tǒng)，進(jìn)一步針對集成光學(xué)相位調(diào)制器增益漂移隨溫度和溫度梯度的變化，設(shè)計(jì)跟蹤系統(tǒng)的魯棒控制器，從而實(shí)現(xiàn)良好的動態(tài)性能。采用本發(fā)明的提供的方法可以提高光纖陀螺在不同溫度條件下的標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性，通過變量替換將跟蹤系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為具有不確定和隨機(jī)擾動的線性系統(tǒng)，使得跟蹤系統(tǒng)的模型更加精確。

本發(fā)明針對方波偏置調(diào)制下集成光學(xué)相位調(diào)制器增益漂移的問題，提出了基于四態(tài)調(diào)制的集成光學(xué)相位調(diào)制器系數(shù)跟蹤方法，并為光纖陀螺建立了第二個閉環(huán)跟蹤系統(tǒng)，以補(bǔ)償集成光學(xué)相位調(diào)制器增益的變化。

方波相位調(diào)制和反饋相位斜坡技術(shù)使動態(tài)工作范圍、線性度和靈敏度達(dá)到理想的狀態(tài)。將具有調(diào)制和反饋的干擾強(qiáng)度表示為

其中α_i為光路的總損耗；P₀為光源的輸出強(qiáng)度；R為光電探測器的響應(yīng)度；為振幅為±π/2的調(diào)制方波相位；為Sagnac相移；為反饋相位階梯，其由確定，D_out是光纖陀螺的數(shù)字輸出，表示反饋相位階梯的高度，K_g1是光纖陀螺主閉環(huán)中數(shù)模轉(zhuǎn)換器和驅(qū)動電路的增益，K_mg＝2π/V_2π是集成光學(xué)相位調(diào)制器的增益，V_2π是集成光學(xué)相位調(diào)制器的2π電壓。

工作環(huán)境的溫度變化時會引起集成光學(xué)相位調(diào)制器的增益漂移，導(dǎo)致V_2π的變化。從而會降低光纖陀螺的穩(wěn)定性和可靠性。由于K_mg是由集成光學(xué)相位調(diào)制器本身的特性決定的，很難直接控制K_mg，因此可以用K_g1來補(bǔ)償K_mg的變化。

然而，如果補(bǔ)償方法基于方波偏置調(diào)制，K_g1被調(diào)整到K_g1/(1+μ)反饋斜坡復(fù)位，μ為小變量，|μ|＜＜1，由于兩個反饋斜坡復(fù)位之間的時間間隔很長，導(dǎo)致該方法的效率很低。