[發明專利]一種數字閉環光纖陀螺的正弦波調制方法

有效

• 申請號: 202110651079.4
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113310482B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 徐金濤;劉尚波;石念寶;楊一鳳;曹輝
• 申請（專利權）人: 西安中科華芯測控有限公司
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

1.一種數字閉環光纖陀螺的正弦波調制方法，其特征在于，通過在調制中加入一個階梯波來抵消薩格納克相移，即通過反饋控制使從而使正弦波調制形成閉環，提高光纖陀螺的精度和擴大光纖陀螺的動態范圍，所述階梯波是由寬度為光纖環渡越時間τ、高度為的相位臺階構成，大小與旋轉產生的薩克奈克相移相同、符號相反；

光纖陀螺探測器信號是薩格納克相移的余弦函數，在未加入閉環控制時探測器光電流的表達式為：

其中I₀為光電流直流部分，t為時間，為由旋轉引起的薩格納克相移，為調制相位，其表達式是：

其中，ω_m調制角頻率，φ₀為正弦波調制幅度；

當采用閉環方案時，在正弦波調制的基礎上加入一個階梯波，此時光強的表達式為：

將式(2)代入式(3)中得到：

令φ_b＝2φ₀sin(ω_m/2)，并稱φ_b為有效相位調制；

依據貝塞爾函數展開公式將式(4)展開即得：

其中，n取整數，J_n為n階第一類貝塞爾函數；

當陀螺靜止時，其輸出只有調制頻率ω_m的偶次諧波；陀螺轉動時，其輸出將有調制頻率ω_m的奇次諧波，其一次諧波分量為：

解調方法為相干解調，用一個與I₁(t)同頻同相的參考信號相乘，再利用LPF將高頻部分濾除，得到所需的信號；

解調方法具體過程為：

通過LPF后，式中第一項被濾除，所以通過相干解調后的輸出為：

由于偏置調制信號為所以根據式(5)得到探測器的輸出為：

I(t)＝-2GI₀J₁(φ_b)sin(φ_s+φ_fb)cosω_m(t-τ/2) (9)

式中，G為探測器的增益；

由此，探測器輸出經過放大、濾波、解調后的輸出為：

V_d(t)＝-G_aGI₀J₁(φ_b)sin(φ_s+φ_fb) (10)

式中，G_a為放大、濾波、解調所產生的增益；

式(10)得到輸出信號是和的誤差信號，對誤差信號進行積分，作為階梯波的臺階高度，通過累加產生階梯波；

階梯波V_out表示為：

V_out(t)＝∫V_d(τ)dτ+V_out(t-τ)

(11)

反饋相移與階梯波信號的關系為：

式中，K_p為相位調制器的調制系數；

又由薩格納克效應得知：

且所以推出：

將上式中的積分計算后得到：

即得出階梯波的輸出函數D_out：

式中，K_DA為數模轉換系數。

2.根據權利要求1所述的一種數字閉環光纖陀螺的正弦波調制方法，其特征在于，對于式(10)，由于所以將看為一個無窮小量，即在正弦函數中無窮小量等價為其本身，即有：

則式(10)寫為：

此時的輸出與輸入成正比。