一种基于光路反馈的光纤陀螺标度提升方法与流程

专利2025-07-11  38


本发明涉及光纤、光学陀螺领域,特别涉及光纤陀螺设计及其标度数据处理的基于光路反馈的光纤陀螺标度提升方法。


背景技术:

1、光纤陀螺是一种基于sagnac效应的无转动部件、全固态的高精度角速率传感器。

2、光纤陀螺仪检测的sagnac相移和输入的转速ω的关系可表示为:

3、(1)

4、其中,为平均波长,l为光纤环长度,d为光纤环直径,c为真空中光速,k为光纤陀螺标度因数,该标度因数为光纤陀螺核心指标,gjb 2426a-2015 光纤陀螺仪测试方法,规定了光纤陀螺标度因数k的测试方法。

5、干涉式闭环保偏光纤陀螺采用数字闭环调制与解调,当外界有角速度输入时,在相位调制器( mioc) 两端推挽输出一个与sagnac相移大小相等、符号相反的附加相位差,将相位差抵消,使陀螺闭环工作在 0 工作点位置:

6、(2)

7、该控制回路为第一主回路。作为光纤陀螺的关键器件,相位调制器的2π电压存在漂移,在上述第一回路的控制的基础上,增加第二回路进行2π电压的反馈控制。

8、同时,为提高光纤陀螺标度因数k的性能,如稳定性、重复性、不对称性、非线性等性能,一般在光纤陀螺装配完成后,对光纤陀螺整体建立温度、温度梯度与陀螺输出等参数模型,整体补偿前述参数对标度带来的影响,以提高陀螺标度性能。一种相对简单的补偿方法可表示为下式:

9、(3)

10、式中:f为陀螺输出,,t为温度。

11、前述传统的标度补偿方法的有效性建立在模型的准确程度上,当模型建立条件发生较大改变时,补偿的有效性就会大打折扣,导致陀螺标度性能超差。例如,陀螺在-40℃到70℃采用1℃/min建立模型,在陀螺实际使用过程中从水面进入水下是面临着水面高温和水下低温的冲击,标度因数补偿效果极差,导致惯导解算输出严重超差,则该补偿模型就无法满足实际使用要求。

12、为实现有效的提升陀螺标度性能,对陀螺输入和输出进行整体建模补偿显然无法满足特殊情况下的使用,需要一种从陀螺光路进行主动反馈实现在前端进行标度性能提升的方案。


技术实现思路

1、本发明所要解决的上述技术问题,提供了一种纤陀螺设计及其标度数据处理的基于光路反馈的光纤陀螺标度提升方法。

2、一种基于光路反馈的光纤陀螺标度提升方法,包括如下步骤:

3、s1: 测量出相位调制器调制电压和其输出相位关系,找到非线性段所对应的相位调制器调制电压;

4、s2:根据非线性段所对应的相位调制器调制电压,找到回路反馈信号位置;

5、s3:在回路反馈信号位置,实时改变ase光源的输出平均波长,使测量出相位调制器调制电压和其输出相位呈线性关系。

6、进一步的,步骤s2中的回路反馈信号包括主回路反馈信号及第二回路2π误差信号。

7、进一步的,所述主回路反馈信号的获取方法为:

8、ase光源产生的光经过耦合器后,进入相位调制器,相位调制器将光分成两束,进入光纤环中沿顺逆时针传播后,回到相位调制器,之后进入耦合器,返回光电探测器。光电探测器将敏感到的外界角速率进行光电转换,变成电信号,由ad转换器进行模数转换,变为数字信号,在fpga调制解调单元中,对转换后的数字信号进行处理,分别解算出角速率信号和2π误差信号。角速率信号进入主回路da转换器,进行模数转换后,作为主回路反馈信号。

9、进一步的,所述第二回路2π误差信号的获取方法为:

10、在fpga调制解调单元中解算的2π误差信号进行da转换后,输入主回路da转换器,改变主回路da转换器的参考电压,作为第二回路2π误差信号。

11、进一步的,对主回路da转换器的输出,增加电压采集,通过ad转换器,然后送入fpga调制解调单元进行信号输出。

12、进一步的,步骤s2的方法为:

13、s21.对ase光源加入偏置相位;

14、s22.根据公式,得到数字信号与输出电压比例系数:

15、式中,为主放大器输出电压,为调制波形信号,通过调制波形的偏置相位获得,为反馈阶梯波信号,通过主回路反馈信号获得,为2π电压调整信号,通过第二回路2π误差信号获得,通过调整数字信号大小和测量放大器输出电压大小拟合出;

16、s23,通过数字信号与输出电压比例系数,根据非线性段所对应的相位调制器调制电压,找到回路反馈信号、的位置。

17、本发明的有益效果如下:

18、通过测量光纤陀螺光路核心器件相位调制器的折射率变化,通过控制光源输出平均波长补偿相位调制器的折射率改变,以保证相位调制器传播常数的稳定。不管外界温度变化还是电磁场等变化引起的相位调制器传播常数改变,都将直接影响陀螺标度因数性能,尤其是标度因素的非线性、不对称性、重复性都将恶化;同时,基于前端光路的反馈可直接在器件级实现对外界变化的补偿,可直接提高标度因数性能,也降低了后期陀螺整体补偿建模参数的数量及建模难度,具有直接明显可见的效果。



技术特征:

1.一种基于光路反馈的光纤陀螺标度提升方法,其特征在于,包括如下步骤:

2.根据权利要求1所述的一种基于光路反馈的光纤陀螺标度提升方法,其特征在于,步骤s2中的回路反馈信号包括主回路反馈信号及第二回路2π误差信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于光路反馈的光纤陀螺标度提升方法,其特征在于,所述主回路反馈信号的获取方法为:

4.根据权利要求3所述的一种基于光路反馈的光纤陀螺标度提升方法,其特征在于,所述第二回路2π误差信号的获取方法为:

5.根据权利要求3或4所述的一种基于光路反馈的光纤陀螺标度提升方法,其特征在于,对主回路da转换器的输出,增加电压采集,通过ad转换器,然后送入fpga调制解调单元进行信号输出。

6.根据权利要求4所述的一种基于光路反馈的光纤陀螺标度提升方法,其特征在于,步骤s2的方法为:


技术总结
本发明涉及光纤、光学陀螺领域,特别涉及光纤陀螺设计及其标度数据处理的基于光路反馈的光纤陀螺标度提升方法,测量出相位调制器调制电压和其输出相位关系,找到非线性段所对应的相位调制器调制电压;根据非线性段所对应的相位调制器调制电压,找到回路反馈信号位置;在回路反馈信号位置,实时改变ASE光源的输出平均波长,使测量出相位调制器调制电压和其输出相位呈线性关系。基于前端光路的反馈可直接在器件级实现对外界变化的补偿,可直接提高标度因数性能,也降低了后期陀螺整体补偿建模参数的数量及建模难度,具有直接明显可见的效果。

技术研发人员:严骏,宋君才,左文龙,王彬,李德春,颜苗,姚琪
受保护的技术使用者:中国船舶集团有限公司第七〇七研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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