[發明專利]基于雙鉺源冗余設計的高精度、小型化三軸一體光纖陀螺

有效

• 申請號: 202110962597.8
• 申請日: 2021-08-20
• 公開（公告）號: CN113804178B
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 索鑫鑫;向政;于海成;湯夢希;謝培;葛宏升;鄭曉娟;王利超;吳旭東;劉加林;陳義杰;王騰;趙海明;魏松梅
• 申請（專利權）人: 北京航天時代光電科技有限公司
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

本發明提供一種基于雙鉺源冗余設計的高精度、小型化三軸一體光纖陀螺，包含獨立模塊化形態的主光源模塊，冗余光源模塊，中央光電信號處理模塊和光纖敏感環組件，提升了系統的可靠性；通過使鉺源(即光源模塊)中半導體光放大器工作在深度飽和狀態，并調整光源模塊的參數，使鉺源相對強度噪聲降低8dB，在相同直徑和長度光纖環下陀螺檢測精度提升30％，得到具有精度高、體積小、重量輕的光纖陀螺，對戰略級慣性導航系統的應用具有重要意義。

技術領域

本發明涉及一種光纖陀螺，更特別的是一種基于雙鉺源冗余設計的高精度、小型化三軸一體光纖陀螺。

背景技術

隨著高精度慣性導航系統對光纖陀螺的要求越來越高，研制戰略級高精度光纖陀螺具有重要的理論意義和軍事意義。為提高陀螺檢測精度，一般采用增大光纖敏感線圈直徑和長度的方法。然而，這種方法勢必帶來陀螺體積和重量的增加，不利于慣性導航系統在空間領域的應用。

摻鉺光纖光源是高精度光纖陀螺的首選光源，隨著國內外對光纖陀螺研究的不斷深入，摻鉺光纖光源的相對強度噪聲成為限制陀螺測量精度進一步提升的主要原因。為了提高陀螺精度，降低鉺源相對強度噪聲是一種重要方法，該方法可以在相同直徑和長度光纖敏感線圈下獲得更高的陀螺檢測精度。研究表明，利用半導體光放大器(SOA)的非線性使其工作在“深度飽和狀態”，可以降低光源的相對強度噪聲。然而，SOA在C波段表現出很大的增益不均，實際應用過程中必須優化摻鉺光纖光源的光學參數與SOA增益特性相匹配，以獲得最大的降噪效果。目前基于SOA的鉺源降噪技術中并未考慮光源最終輸出光譜特性，從而限制了噪聲抑制效果。

發明內容

本發明的目的在于克服上述缺陷，提供一種基于雙鉺源冗余設計的高精度、小型化三軸一體光纖陀螺，包含獨立模塊化形態的主光源模塊，冗余光源模塊，中央光電信號處理模塊和光纖敏感環組件，提升了系統的可靠性；通過使鉺源(即光源模塊)中半導體光放大器工作在深度飽和狀態，并調整光源模塊的參數，使鉺源相對強度噪聲降低8dB，在相同直徑和長度光纖環下陀螺檢測精度提升30％，得到具有精度高、體積小、重量輕的光纖陀螺，對戰略級慣性導航系統的應用具有重要意義。

為實現上述發明目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于雙鉺源冗余設計的高精度、小型化三軸一體光纖陀螺，包括光源模塊，中央光電信號處理模塊和光纖敏感環組件；

所述光源模塊為摻鉺光纖光源模塊，數量為2，分別為主光源模塊和冗余光源模塊，每個光源模塊包括激光器，波分復用器，摻鉺光纖，法拉第旋轉鏡，光纖隔離器，半導體光放大器和模擬電路；所述模擬電路向激光器注入電流，使激光器發出泵浦光，泵浦光經波分復用器后耦合進摻鉺光纖，經摻鉺光纖轉換為前向超熒光和后向超熒光，前向超熒光經法拉第旋轉鏡返回摻鉺光纖經再次光放大，與后向超熒光一起經波分復用器和光纖隔離器到達半導體光放大器，模擬電路向半導體光放大器注入電流，使半導體光放大器實現對超熒光的放大功能；所述模擬電路向激光器注入的電流和向半導體光放大器注入的電流相互配合，使半導體光放大器處于深度飽和狀態；激光器為980nm激光器。

中央光電信號處理模塊將光源模塊發出的超熒光處理后分為兩部分，第一部分傳輸至光纖敏感環組件，獲取由光纖敏感環組件返回的三軸干涉光信號，并轉換為電信號進行解調，得到陀螺儀的角速度信息，第二部分用于監測各光源模塊的工作狀態，并根據工作狀態進行主光源模塊和冗余光源模塊的切換。

進一步的，所述中央光電信號處理模塊包括光纖耦合器組，Y波導，信號采集探測器，數字信號處理電路和光源功率監測探測器；