[发明专利]一种双轴复用光纤陀螺及其信号调制解调方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤陀螺及其信号调制解调方法，尤其是涉及一种双轴复用光纤陀螺及其信号调制解调方法。

背景技术

光纤陀螺是一种新型的角速度测量仪，由于其具有全固态、带宽大及具有多种协议数字输出的优点，被广泛的用于导航和姿态控制系统中。光纤陀螺的工作原理是基于光学赛格奈克效应的光纤干涉仪，即当环形干涉仪旋转时，产生一个正比于旋转角速率的赛格奈克相位差，通过检测该相位差，可推算得到环形干涉仪所在系统的角速率。赛格奈克相移φ_Sag和系统角速率Ω的关系如下：

φSag=2πLDλcΩ]]>

其中L为光纤陀螺光纤环光纤长度，D为光纤环直径，λ光纤陀螺所用光源波长，c为真空中光速。

一个单轴光纤陀螺只能检测一个方向的角速度信号，但在光纤陀螺的大部分应用系统中，需要检测多个方向的角速度信号，从而需要两个或两个以上非简并配置的光纤陀螺，这将使得应用系统随着角速度检测维数的增加而近似的成正比增加，这将提高应用系统的成本，阻碍了光纤陀螺的广泛应用。

可以通过复用的技术的方法减低整系统的成本，典型的复用方法是采用光源复用的配置方法，该方法对于一个多轴陀螺只需要采用1个光源，并增加数个光纤耦合器即可，但该方法也只能降低光源的成本，他依旧需要采用多个不同的调制通道和采样通道，而这两个通道中所采用的相位调制器、光电探测器、数模转换电路和模数转换电路占据了整个光纤陀螺系统的大部分成本，这一部分无法降低；从而光源复用的方案并不能够有效的降低系统的有效成本，需要其他的新的复用技术，以有效的降低其应用成本，促进光纤陀螺的广泛应用。

发明内容

鉴于现有光纤陀螺的复用技术并不能有效的降低其等效成本，本发明的目的在于提供一种双轴复用光纤陀螺及其信号调制解调方法，只需在现有单轴光纤陀螺的基础上增加两个光纤耦合器和一个垂直配置的光纤环，并通过合理的信号调制解调的方法，以实现同时两个轴向的角速度的检测，并大幅度降低每轴角速度的检测的成本。

本发明的发明原理是：

典型的光纤陀螺的光学系统由光源、光纤耦合器、光电探测器、相位调制器、光纤环构成，其中主要的成本来源于相位调制器、光电探测器和光源，其中又以相位调制器的成本为主要部分，约为整个光学系统的2/3左右，而光纤耦合器及光纤环，特别是采用单模光纤绕制而成的光纤环，其成本仅占光学系统非常小的一部分，大概在几十分之一的量级。本发明的思想就是，通过增加一定数量的低成本器件，通过改进调制解调的方法实现两个方向角速度的检测，也即实现双轴陀螺的复用，这等价于用一个略高于单轴陀螺的成本实现双轴角速度的检测，其等价于降低单一个方向的角速度信号检测的成本，若忽略只占系统成本几十分之一的光纤耦合器和光纤环，单一方向角速度信号的检测成本将降低接近一半。

本发明所采用的技术方案的步骤如下：

一、一种双轴复用光纤陀螺：

本发明包括光源、光电探测器、第一光纤耦合器、相位调制器以及信号处理模块，光源的尾纤和光电探测器分别接第一光纤耦合器同一侧的光纤，第一光纤耦合器另一侧一根尾纤接相位调制器的入纤，第一光纤耦合器另一侧的另一根处于自由状态。还包含第二光纤耦合器和第三光纤耦合器、第一光纤环和第二光纤环；其中第二光纤耦合器和第三光纤耦合器各自的一个入纤分别接相位调制器的一个出纤，第二光纤耦合器和第三光纤耦合器各自的一个出纤分别和第一光纤环和第二光纤环的两个入纤连接。

所述第一光纤环和第二光纤环的光纤长度比值为1∶3，渡越时间比值为1∶3，第一光纤环和第二光纤环的敏感轴相互垂直；所述第一光纤耦合器、第一光纤环和第二光纤环的分束比大小不影响系统正常工作，在分束比为1∶1时光学系统性能最佳。

二、一种双轴复用光纤陀螺的信号调制解调方法：

信号处理模块为相位调制器提供相位调制信号，对光电探测器输出的电信号进行采样，并根据采样得到的信号数值，根据解调方法进行解调从而获得两个轴向的角速度信号。