[发明专利]一种多相调制解调的光纤陀螺多闭环算法

说明书

本发明公开了一种多相调制解调的光纤陀螺多闭环算法。通过光纤陀螺的调制波形的合理设计，在调制解调周期内分为多个相位，在不同的相位上实现不同调制幅度，并对时间段的陀螺输出信号进行采样，结合不同的闭环处理方法分别实现角速率、半波电压参数、信号强度等参数的解调，实现多参数多闭环。本发明光纤陀螺多闭环算法提高光纤陀螺的线性度、偏置稳定性等，无需增加或改变现有硬件，通过调制解调方法以实时监控光纤陀螺的工作状态，提高可靠性。

技术领域

本发明涉及光纤陀螺信号处理方法中如何同时实现多个参数的调制解调的问题，尤其是涉及到一种多相调制解调的光纤陀螺多闭环算法。

背景技术

光纤陀螺是一种新型角速率测量仪，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萨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大小的萨格奈克相位差(也常称为萨格奈克相移或萨格奈克相位)，通过检测该相位差，结合预先测量得到的标度因数可以推算得到环形干涉仪所在系统的角速度，而标度因数一般在光纤陀螺制作完毕之后通过转台标定而得，是一个常数，所以只需要检测得到萨格奈克相位差，则结合标度因数的大小则立刻可得到相应的角速度的大小。

萨格奈克相位差φ_Sag和系统角速率Ω的关系如下：

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。

光相位无法直接测量，需要通过干涉转换为光强测量，常通过对萨格奈克干涉仪添加一个±π/2的方波相位调制，以同时检测角速度的方向和大小，并达到最大的灵敏度，此时的光纤陀螺输出强度信号I应该表示为：

其中，I₀为光源光信号强度，φsag为角速度对应的光相位。

高精度光纤陀螺中，为了实行超高精度的测量，采用的为闭环控制和测量的方式，并且随着精度的提高，不仅仅要求系统中实现一个闭环。在高精度光纤陀螺中，可以通过多个闭环回路，实现多闭环算法，达到不同的的测量目标。

在超高精度的闭环光纤陀螺中，需要对系统的半波电压参数、角速度、光强进行实时测量。为了满足高精度光纤陀螺的应用，需要对一系列的参数进行闭环调制解调或者进行解算，从而使得光纤陀螺工作在相位偏置点，使得采用的电光相位调制系数和真实波导参数一致，并工作在合理的光强稳定点上，这些算法需要在一个软件里面实现，并通过调制解调的方式融合在一起。现有技术缺少了这样的多闭环算法进行实时控制。

发明内容

鉴于现有高精度光纤陀螺对于多个参数具有闭环需求，同时要实现多个闭环算法和参数解算算法的现状，本发明的目的在于提供一种多相位调制的光纤陀螺多闭环算法，通过调制波形的多相位设计和对应调制解调算法的设计，同时完成多个光纤陀螺工作参数的解算，从而实现多闭环控制，从而最终为光纤陀螺的工作提供一个稳定的工作点，满足稳定性和高精度的需求。

本发明所采用的技术方案的步骤如下：

将光纤陀螺的一个调制解调周期分为多个相位，实现多相位调制，并对实时的陀螺输出信号进行采集；根据采样得到的陀螺输出信号按照预先设计的特定解调方式进行解调，从而得到被测的角速度、光强和半波电压参数等信息；然后通过这些信息，反馈调节光纤陀螺相位调制器调制的多相调制的幅度，从而实现光纤陀螺的角速度、光强和半波电压参数的多闭环控制。

所述的光纤陀螺中包含有相位调制器和光源。

所述多相位调制的一个调制解调周期包括六个调制相位，六个调制相位按照时间顺序顺次分别记为A、B、C、D、E、F：