[发明专利]一种光纤陀螺环路增益优化方法

权利要求书

1.一种光纤陀螺环路增益优化方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、设计检测方法从噪声背景中提取闭环误差信号；

步骤二、基于闭环误差模型推导光纤陀螺的动态方程；

所建立的闭环光纤陀螺的动态方程为：

其中x(t)∈Rⁿ是状态变量，n由控制器的顺序确定，k₁为前向通道的增益，为反馈相位，是的函数，进一步写为其中将控制器表示为u(t)＝K_cx(t)，其中K_c是控制器的反馈矩阵，得到其中k₂是反馈通道的增益；

将控制器设计为二阶，并假设K_c＝[k_c1 k_c2]，k_c10以及k_c20，考虑受控系统，光纤陀螺的动态方程进一步写为：

步骤三、针对非线性条件，进行环路增益优化设计；

所述步骤三，在考虑光学效应非线性条件下，通过下述定理实现光纤陀螺系统指数稳定的高动态性能的环路增益优化设计：

对于给定的正标量β，上述动态方程用控制器u(t)解决了指数稳定性问题，设如果满足参数并且有其中k₁为前向通道的增益，k₂是反馈通道的增益，对于二阶控制器满足其反馈矩阵K_c＝[k_c1 k_c2]，为反馈相位；不仅同反馈控制变量k_c1和k_c2相关，还与前向通道增益k₁以及信号检测电路反馈通道增益k₂相关，系统的闭环性能取决于闭环检测的设计参数以及反馈控制参数，只要满足β＝0，则系统的动态方程渐近稳定；其中e为自然对数；

步骤四、考虑噪声以及环境扰动，进一步优化设计光纤陀螺系统闭环参数；所述步骤四，在考虑外界扰动与噪声的条件下，所建立的闭环光纤陀螺的动态方程为：

x(k+1)＝Ax(k)+Bk₁sin(-k₂K_cx(k))+Bk₁sin(-k₂K_cx(k-1))+Bw(k)

其中，w(k)是平均值为零的宽带噪声；

步骤五、基于上述优化结果进行检测电路与参数设计。

2.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺环路增益优化方法，其特征在于，所述步骤一，设计检测方法从噪声背景中提取闭环误差信号，具体包括：

设计一个解调方波f_d(t)，该解调方波与f_m(t)具有相同的幅度，频率和相位，并作为f_m(t)的参考信号，得相关检测的输出V₀：

其中为光纤陀螺的闭环误差，k₁为前向通道增益，通过增加前向通道的k₁值，能够在抑制白噪声的情况下提高闭环误差的检测精度；其中，f_m(t)为光纤环本征频率，且其中τ为光的渡越时间。

3.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺环路增益优化方法，其特征在于：设计的控制算法通过Lyapunov函数分析光纤陀螺闭环增益的分配原则，并以此为基础对光纤陀螺环路增益进行优化。

4.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺环路增益优化方法，其特征在于：所述步骤五，实现检测电路与参数设计具体包括如下步骤：

设计检测电路并仿真波形进行闭环信号检测的硬件，包括：光电检测器，开关电路，前置放大器，A/D转换器，控制器，积分器，D/A转换器和D/A驱动电路；

振荡器用于生成时钟和参考信号，开关电路时钟，A/D采样时钟和D/A时钟分别为开关电路，为A/D转换器和D/A转换器提供时钟信号，并在调制解调过程中应用了调制方波和解调方波，开关电路时钟是通过峰值消除开关电路中的分频计数器获得的，由开关电路时钟控制的开关电路的通断状态产生周期性的序列信号，以消除光电探测器输出的尖峰；

为了对前置放大器后的闭环误差信号进行采样，所述A/D采样时钟，能够避免开关电路的截止状态，A/D转换的时间花费了若干个A/D时钟节拍，A/D转换后的调制闭环误差出现了延迟，解调方波f_d(t)被设计成具有对应A/D转换时钟周期的延迟，以匹配调制的闭环误差的时序，A/D采样时钟通过计数器和逻辑乘积单元获得，通过分频器产生调制方波，并设计一个延迟单元以获得解调方波，数字反馈由积分器累加，并将结果加到调制方波中。