[發明專利]一種數字閉環光纖陀螺本征頻率實時跟蹤裝置及方法

有效

• 申請號: 202110651085.X
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113310483B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 楊一鳳;徐金濤;劉尚波;石念寶;許慎諾
• 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

本發明公開了一種數字閉環光纖陀螺本征頻率實時跟蹤裝置及方法，包括光源、耦合器、相位調制器、光纖環、緩沖放大器、數/模轉換器、二次數/模轉換器，FPGA、模/數轉換器、前置放大器以及光電探測器，利用三次閉環，將本征頻率出現的光強作為反饋，利用反饋量的大小來改變本征頻率，消除由于存儲時間、溫度對本征頻率產生的影響，從而實現對角速度的精準測量，提高準確性。

技術領域

本發明屬于光纖陀螺領域，具體涉及一種數字閉環光纖陀螺本征頻率實時跟蹤裝置及方法。

背景技術

光纖陀螺是一種基于Sagnac效應的角速度或角位移傳感器，是慣性系統的核心敏感元件，其具有體積小、質量輕、動態范圍大的、啟動快和壽命長等一系列優點，被廣泛應用與戰略導彈系統、各種運載火箭的導航系統中。本征頻率的大小與光纖環的長度、直徑以及折射率有關。光纖環的主要成分為石英，當光纖陀螺工作時石英材料會受到溫度的影響，在全溫范圍內光纖環的長度將變化幾十ppm，從而會導致光纖陀螺的標度因數的改變，并對光纖陀螺的閉環控制精度產生一定的影響。準確的測量并實時跟蹤光纖陀螺本征頻率對提高數字閉環光纖陀螺的性能具有重要的意義。

光纖陀螺采用了二次閉環的控制方式來控制轉速、相位增益的問題，實驗表明，光纖陀螺在存儲時間過長或者溫度高低的情況下，會對本征頻率產生影響，本征頻率的大小反映了光纖環的長度。

目前現有的本征頻率測量技術主要有：基于方波調制以及正弦波調制的本征頻率離線測量，文獻[1]中提出了一種基于鋸齒波和方波分時復用調制測量方法，其調制信號為：前期離線測量所得本征頻率的鋸齒波信號疊加前期測量所得本征頻率同頻的方波信號，其缺點為：此方法需要測量輸出信號相鄰脈沖寬度，測量精度僅為0.1Hz并且當光纖陀螺貯存時間過長會導致設備不能測量光纖環長度，文獻[2]中提出了正弦波調制的本征頻率測量方法，利用二次諧波幅度與調制頻率間的二次函數關系，通過計算拋物線頂點即可求得本征頻率，其缺點為：不能實時在線跟蹤本征頻率大小變化，且需要數字合成以及極值搜索算法，測量精度僅為2Hz。以上方法都需要編寫復雜的程序和算法，且測量精度低。

[1]代琪，宋凝芳.光纖陀螺本征頻率高精度在線自動跟蹤技術研究.激光雜志，2019，40(4)：31～35。

[2]陳宇中，宋章啟，張學亮.正弦波調制的光纖環本征頻率測量方法.國防科技大學學報，2017，39(6)：193～196。

發明內容

本發明的目的在于提供一種數字閉環光纖陀螺本征頻率實時跟蹤裝置及方法，以克服現有技術存在的缺陷，本發明采用一種高效、實時、成本低以及操作的簡單的方法去測量本征頻率。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種數字閉環光纖陀螺本征頻率實時跟蹤裝置，包括光源、耦合器、相位調制器、光纖環、緩沖放大器、數/模轉換器、二次數/模轉換器(61)，FPGA、模/數轉換器、前置放大器以及光電探測器；

所述光源與耦合器的輸入端相連，耦合器的輸出端連接相位調制器的輸入端，相位調制器的輸出端分別連接光纖環，所述光源、耦合器、相位調制器和光纖環構成Sagnac干涉儀；所述耦合器的輸出端連接光電探測器的輸入端，光電探測器的輸出端連接前置放大器的輸入端，前置放大器的輸出端連接模/數轉換器的輸入端，模/數轉換器的輸出端連接FPGA的輸入端，在FPGA中經過調制與解調處理后，將其輸出端連接數/模轉換器以及二次數/模轉換器(61)的輸入端，二次數/模轉換器(61)的輸出端連接FPGA的輸入端，形成二次閉環，同時數/模轉換器的輸出端連接緩沖放大器的輸入端，將所得模擬信號經過相位調制器輸入到光纖環中，耦合器的最后輸出端口做空載處理。

一種數字閉環光纖陀螺本征頻率實時跟蹤方法，包括以下步驟：

步驟一：在FPGA中產生調制信號；