[發明專利]一種光纖陀螺環路增益優化方法

有效

• 申請號: 202110307328.8
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113074712B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 王志強;蘇森
• 申請（專利權）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任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

本發明公開了一種光纖陀螺環路增益優化方法，包括如下步驟：步驟一、設計檢測方法從噪聲背景中提取閉環誤差信號；步驟二、基于閉環誤差模型推導光纖陀螺的動態方程；步驟三、針對非線性條件，進行環路增益優化設計；步驟四、考慮噪聲以及環境擾動，進一步優化設計光纖陀螺系統閉環參數；步驟五、基于上述優化結果進行檢測電路與參數設計。本發明的方法，提高了閉環光纖陀螺系統的動態性能與檢測精度，并且進一步提出了在外界擾動與噪聲條件下的環路增益優化設計方法。

技術領域

本發明屬于光纖陀螺環路增益優化技術領域，涉及基于光纖陀螺閉環誤差特點的環路增益分布原理及相關控制器硬件電路與控制參數設計方法。

背景技術

光纖陀螺是一種高精度的慣性傳感器件，在制導、導航等軍用與民用領域起著非常重要的作用。光纖陀螺基于Sagnac效應，Sagnac效應描述了光纖環的旋轉使光相位發生變化的現象，當光纖環發生旋轉時，其相位會產生一個正比于旋轉角速度的變化值。本發明可以通過檢測光相位的變化情況獲得系統的角速度。

在光纖陀螺系統中，信號檢測系統是重要組成部分。由于開環檢測存在著精度較低、動態范圍有限的缺陷，本發明采用光纖陀螺閉環檢測方案，選用頻率對應于光纖環本征頻率的方波信號進行調制，其中τ為光的渡越時間。數字閉環檢測實現了良好的線性與較大的動態范圍，受到廣泛應用。

如圖1所示，光纖陀螺采用最小互易結構，主要包括光源、耦合器、Y波導、光纖環、探測器、前置放大器、A/D轉換器、數字控制器與D/A轉換器等重要組件。光源發出光傳輸到Y波導并在此起偏，之后以順時針、逆時針方向進入光纖線圈。當系統轉動時，會隨之產生同旋轉角速度成正比的Sagnac相位差，之后轉換為光強的變化，再被探測器捕獲。為提高系統靈敏度，采用方波調制的閉環方案。前置放大器放大微弱信號，由A/D轉換器轉換為離散數字量，數字信號處理電路進行解調，由D/A轉換器形成階梯波，作用在Y波導上最終形成反饋相位實現閉環工作。

光纖陀螺環路增益的優化對于高頻角速度的高精度的測量意義十分重大，通過優化光纖陀螺環路增益，能滿足光纖陀螺系統中的高角速度測量要求。通過優化控制算法，對光纖陀螺環路增益進行優化能提高光纖陀螺系統的動態性能并提高光纖陀螺系統的檢測精度，因此環路增益的設計對于提高光纖陀螺的動態性能和檢測精度具有重要意義。此外，檢測電路環路增益的分布直接影響閉環誤差信號的檢測，這在相關研究中被忽略。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提出一種光纖陀螺環路增益優化方法，對于滿足光纖陀螺系統的高角速度測量要求，對于實現光纖陀螺的動態性能和檢測精度有重大意義。本發明提出用于光纖陀螺系統的一種環路增益的優化設計方法，以及一種信號檢測方法，以同時提高光纖陀螺閉環系統的快速追蹤能力和檢測精度。首先，本發明從理論上分析了光纖陀螺環路增益的分布對光纖陀螺性能的影響并建立了一種環路增益設計方法的理論模型。其次，根據環路增益的理論模型分析建立了閉環光纖系統的動態方程。第三，本發明給出了光纖陀螺環路增益閉環控制參數的設計優化方法，提高了光纖陀螺的動態性能。第四，針對外部的擾動和噪聲，提出了光纖陀螺環路增益閉環參數的優化設計方法。最后，通過實驗證明了該方法的有效性。

本發明的技術方案為：一種光纖陀螺環路增益優化方法，包括如下步驟：

步驟一、設計檢測方法從噪聲背景中提取閉環誤差信號；

步驟二、基于閉環誤差模型推導光纖陀螺的動態方程；

步驟三、針對非線性條件，進行環路增益優化設計；

步驟四、考慮噪聲以及環境擾動，進一步優化設計光纖陀螺系統閉環參數；

步驟五、基于上述優化結果進行檢測電路與參數設計。

有益效果：