[發明專利]一種諧振式光學陀螺的快速復位鎖定方法

在審

• 申請號: 202210305482.6
• 申請日: 2022-03-25
• 公開（公告）號: CN114942020A
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 陳侃;龔怡佳;畢然;佘玄;舒曉武
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C19/64
• 分類號: G01C19/64;G01C19/66;G01C19/68
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 應孔月

1.一種諧振式光學陀螺的快速復位鎖定方法，其特征在于，所述諧振式光學陀螺包括可調諧激光器、相位調制模塊、以光學諧振腔為核心的Sagnac效應發生光路、光電轉換模塊、鎖相放大解調模塊、伺服控制模塊和復位控制模塊.所述可調諧激光器的發出的光經過相位調制模塊的調制，進入以光學諧振腔為核心的Sagnac效應發生光路，其輸出光被光電轉換模塊轉換為電信號后，由鎖相放大解調模塊解調；當陀螺處于穩定閉環狀態時，解調結果進入伺服控制模塊，產生反饋電壓，施加于可調諧激光器的頻率調諧端；當陀螺處于頻率復位狀態時，解調結果作為復位控制模塊的判定依據，由復位控制模塊輸出反饋電壓施加于可調諧激光器的頻率調諧端；

該快速復位鎖定方法包括：

當可調諧激光器的實際頻率調諧量大于設定頻率復位閾值f_max時，陀螺進入頻率復位狀態，頻率調諧量先減小f₁，再以f₂為步長不斷減小，直到激光器輸出頻率進入正向反饋區后，頻率調諧量根據解調輸出進行比例反饋，待激光器輸出頻率靠近諧振腔諧振頻率后，完成復位，進入穩定閉環狀態；

當可調諧激光器的實際頻率調諧量小于設定頻率復位閾值f_min時，陀螺進入頻率復位狀態，頻率調諧量先增大f₁，再以f₂為步長不斷增大，直到激光器輸出頻率進入正向反饋區后，頻率調諧量根據解調輸出進行比例反饋，待激光器輸出頻率靠近諧振腔諧振頻率后，完成復位，進入穩定閉環狀態；

當可調諧激光器的實際頻率調諧量位于設定頻率復位閾值[f_min,f_max]之間時，陀螺位于穩定閉環狀態，采取比例積分控制將激光器輸出頻率鎖定至諧振腔諧振頻率處。

2.根據權利要求1所述的諧振式光學陀螺的快速復位鎖定方法，其特征在于，所述設定頻率復位閾值[f_min,f_max]小于可調諧激光器的頻率調諧范圍，大于光學諧振腔的一個自由光譜區。

3.根據權利要求1所述的諧振式光學陀螺的快速復位鎖定方法，其特征在于，所述頻率調諧量的變化值f₁大于光學諧振腔的一個自由光譜區范圍，f₂小于光學諧振腔半高全寬的1/3。

4.根據權利要求1所述的諧振式光學陀螺的快速復位鎖定方法，其特征在于，所述正向反饋區指以諧振腔諧振頻率為中心的一段頻率區域，其范圍在諧振腔半高全寬的1～1.5倍之間。

5.根據權利要求1所述的諧振式光學陀螺的快速復位鎖定方法，其特征在于，所述完成復位的判定條件為激光器頻率進入諧振腔諧振頻率附近小于半高全寬1/10的范圍內。

6.根據權利要求1所述的一種諧振式光學陀螺的快速復位鎖定方法，其特征在于，所述相位調制模塊至少由一個信號發生器和一個相位調制器構成，且信號發生器產生的相位調制頻率小于光學諧振腔的半高全寬。

7.根據權利要求1所述的一種諧振式光學陀螺的快速復位鎖定方法，其特征在于，所述以光學諧振腔為核心的Sagnac效應發生光路包括一個光學分束器、兩個光學環形器(或光學耦合器)和一個光學諧振腔，經過相位調制后的光分兩路分別通過光學環形器(或光學耦合器)，以順時針和逆時針兩個方向分別進入光學諧振腔，從光學諧振腔傳出的兩路光再分別通過另一個光學環形器(或光學耦合器)，最終從Sagnac效應發生光路中輸出。

8.根據權利要求1所述的一種諧振式光學陀螺的快速復位鎖定方法，其特征在于，所述以光學諧振腔為核心的Sagnac效應發生光路由光纖器件或集成光學器件構成，光學諧振腔的結構為透射式諧振腔或反射式諧振腔。

9.根據權利要求1所述的一種諧振式光學陀螺的快速復位鎖定方法，其特征在于，所述鎖相放大解調模塊至少包含兩個鎖相放大器，分別對順逆兩個傳輸光方向的信號進行解調，解調頻率等于相位調制頻率，順逆兩個方向的解調結果之一為陀螺輸出，另一路解調結果進入伺服控制模塊或復位控制模塊。