一種光纖陀螺儀的薩格奈克相移跟蹤方法
2023-09-16 19:39:35
專利名稱：一種光纖陀螺儀的薩格奈克相移跟蹤方法
技術領域：
本發明屬於光纖傳感領域，特別涉及一種光纖陀螺儀的薩格奈克相移跟蹤方法。
背景技術：
光纖傳感技術是被廣泛關注的新型傳感技術，作為光纖傳感領域最重要的成就之一，光纖陀螺目前被廣泛的研究和應用。光纖陀螺是基於薩格奈克效應的角速度測量儀，有多種可能的工作模式，如諧振式、幹涉式、慢光方式等等，目前技術比較成熟並能夠投入大規模使用的光纖陀螺儀是幹涉式光纖陀螺儀。幹涉式光纖陀螺儀有兩種基本結構開環結構和閉環結構。開環光纖陀螺直接檢測光路中的薩格奈克相移，所以系統的工作點隨輸入角速度而改變；閉環光纖陀螺通過反饋迴路抵消光路中的薩格奈克相移，而將反饋信號作為檢測信號，所以系統的工作點不隨輸入角速度而改變。基於這樣的工作原理，這兩類光纖陀螺儀都有各自的優點和不足相較之下，閉環光纖陀螺儀的突出優勢是更高的標度因數穩定性、 更大的動態範圍和更小的漂移；開環光纖陀螺儀由於沒有使用反饋迴路而具有更好的抗溫度衝擊、機械衝擊、機械振動特性，更好的抗電磁幹擾能力，更高的可靠性以及更低的生產和使用維護成本。參考文獻張桂才，光纖陀螺原理與技術，國防工業出版社，2008。隨著微電子技術和軟體工程技術的高速發展，信號處理技術應運而生並得到了迅速的發展。本發明提出一種應用於光纖陀螺探測器後端的信號處理方法，在開環光纖陀螺上使用該技術，開環光纖陀螺的動態範圍可達到閉環光纖陀螺儀的水平。基於該技術，可衍生出同時擁有開環和閉環光纖陀螺優勢的新一代光纖陀螺。開環光纖陀螺儀的基本結構示意圖如
圖1所示，模塊5探測器輸出的探測信號為
權利要求
1.一種光纖陀螺儀的薩格奈克相移跟蹤方法，其中所述光纖陀螺儀為雷射光源經耦合器1與一偏振器連接，所述偏振器經一耦合器2與一光纖環連接，所述光纖環與所述耦合器2之間連接一調相器，所述耦合器1另一埠與一探測器連接且所述探測器與所述雷射光源位於所述耦合器1的同一側，所述探測器的輸出端依次經一濾波及模數轉換模塊、信號處理模塊、數模轉換模塊與所述調相器的控制端連接；其步驟為1)對k= 0時刻採集的探測信號進行濾波解調，得到k = 0時刻探測信號的一次諧波解調信號S1(O)和二次諧波解調信號；其中，k為採樣時刻；2)根據S1(0)、S2 (0)計算得到k = 0時刻光纖陀螺的薩格奈克相移代(0)，並初始化一相位偏置參數PB的初始值為0 ；3)對後續k時刻採集的探測信號進行濾波解調，得到當前時刻的一次諧波解調信號 S1GO、二次諧波解調信號；並根據S1GO、以及前一時刻的一次諧波解調信號 S1(Ic-I)、二次諧波解調信號，確定當前時刻的薩格奈克相移％(^值。
2.如權利要求ι所述的方法，其特徵在於所述確定當前時刻的薩格奈克相移值的方法為a)首先判斷3^1^-1)4(1^-1)5^104(10是否小於0；如果小於0，則進行步驟b)；否則直接輸出薩格奈克相移測量值
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述確定當前時刻的薩格奈克相移％值的方法為a)首先判斷S1(k-1) S2 (k-1) S1 (k) S2 (k)是否小於0 ；如果小於0，則進行步驟b)，否則， 進行步驟c)；b)如果S^k) S2 (k-1)-S2 (^S1 (k-1)大於 0，則當 S1 (k-1) S2 (k-1)大於 0 時， 將參數PB更新為ΡΒ+π，然後輸出
4.如權利要求1或2或3所述的方法，其特徵在於根據公式
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述探測器輸出端經一放大器與所述濾波及模數轉換模塊的輸入端連接。
6.一種光纖陀螺儀的薩格奈克相移跟蹤方法，其中所述光纖陀螺儀為雷射光源經耦合器1與一偏振器連接，所述偏振器經一耦合器2與一光纖環連接，所述光纖環與所述耦合器2之間連接一調相器，所述耦合器1另一埠與一探測器連接且所述探測器與所述雷射光源位於所述耦合器1的同一側，所述探測器的輸出端與一濾波器輸入端連接，所述濾波器的輸出端分別與一次諧波解調模塊、二次諧波解調模塊的輸入端連接，一次諧波解調模塊、二次諧波解調模塊的輸出端均經一模數轉換模塊與一信號處理模塊連接；所述調相器、 一次諧波解調模塊的控制端分別與一振蕩器的輸出端連接；所述二次諧波解調模塊的控制端經一 90°相移及倍頻模塊與所述振蕩器的輸出端連接；其步驟為1)對k= 0時刻採集的探測信號進行濾波解調，得到k = 0時刻探測信號的一次諧波解調信號S1(O)和二次諧波解調信號；其中，k為採樣時刻；2)根據S1(0)、S2 (0)計算得到k = 0時刻光纖陀螺的薩格奈克相移代(0)，並初始化一相位偏置參數PB的初始值為0 ；3)對後續k時刻採集的探測信號進行濾波解調，得到當前時刻的一次諧波解調信號 S1GO、二次諧波解調信號；並根據S1GO、以及前一時刻的一次諧波解調信號 S1(Ic-I)、二次諧波解調信號，確定當前時刻的薩格奈克相移代值。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於所述確定當前時刻的薩格奈克相移值的方法為a)首先判斷3^1^-1)4(1^-1)5^104(10是否小於0；如果小於0，則進行步驟b)；否則 直接輸出薩格奈克相移測量值
8.如權利要求6所述的方法，其特徵在於所述確定當前時刻的薩格奈克相移值的方法為a)首先判斷S1(k-1) S2 (k-1) S1 (k) S2 (k)是否小於0 ；如果小於0，則進行步驟b)，否則， 進行步驟c)；b)如果S^k) S2 (k-1)-S2 (^S1 (k-1)大於 0，則當 S1 (k-1) S2 (k-1)大於 0 時， 將參數PB更新為ΡΒ+π，然後輸出
9.如權利要求6或7或8所述的方法，其特徵在於根據公式
10.如權利要求6所述的方法，其特徵在於所述探測器輸出端經一放大器與所述濾波器的輸入端連接。
全文摘要
本發明公開了一種光纖陀螺儀的薩格奈克相移跟蹤方法，屬於光纖傳感領域。本方法為1)對k＝0時刻採集的探測信號進行濾波解調，得到k＝0時刻探測信號的一、二次諧波解調信號S1(0)和S2(0)；2)根據S1(0)、S2(0)計算得到k＝0時刻光纖陀螺的薩格奈克相移(0)，並初始化一相位偏置參數PB的初始值為0；3)對後續k時刻採集的探測信號進行濾波解調，得到當前時刻的一、二次諧波解調信號S1(k)和S2(k)；並根據S1(k)、S2(k)以及前一時刻的一次諧波解調信號S1(k-1)、二次諧波解調信號S2(k-1)，確定當前時刻的薩格奈克相移(k)值。本發明能夠大大提高光纖陀螺的動態範圍、精度和比例因子線性度。
文檔編號G01C19/72GK102183249SQ20111006198
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月15日 優先權日2011年3月15日
發明者楊川川, 王子宇 申請人:北京大學