[发明专利]一种光纤陀螺环路增益优化方法

说明书

本发明公开了一种光纤陀螺环路增益优化方法，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；步骤三、针对非线性条件，进行环路增益优化设计；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；步骤五、基于上述优化结果进行检测电路与参数设计。本发明的方法，提高了闭环光纤陀螺系统的动态性能与检测精度，并且进一步提出了在外界扰动与噪声条件下的环路增益优化设计方法。

技术领域

本发明属于光纤陀螺环路增益优化技术领域，涉及基于光纤陀螺闭环误差特点的环路增益分布原理及相关控制器硬件电路与控制参数设计方法。

背景技术

光纤陀螺是一种高精度的惯性传感器件，在制导、导航等军用与民用领域起着非常重要的作用。光纤陀螺基于Sagnac效应，Sagnac效应描述了光纤环的旋转使光相位发生变化的现象，当光纤环发生旋转时，其相位会产生一个正比于旋转角速度的变化值。本发明可以通过检测光相位的变化情况获得系统的角速度。

在光纤陀螺系统中，信号检测系统是重要组成部分。由于开环检测存在着精度较低、动态范围有限的缺陷，本发明采用光纤陀螺闭环检测方案，选用频率对应于光纤环本征频率的方波信号进行调制，其中τ为光的渡越时间。数字闭环检测实现了良好的线性与较大的动态范围，受到广泛应用。

如图1所示，光纤陀螺采用最小互易结构，主要包括光源、耦合器、Y波导、光纤环、探测器、前置放大器、A/D转换器、数字控制器与D/A转换器等重要组件。光源发出光传输到Y波导并在此起偏，之后以顺时针、逆时针方向进入光纤线圈。当系统转动时，会随之产生同旋转角速度成正比的Sagnac相位差，之后转换为光强的变化，再被探测器捕获。为提高系统灵敏度，采用方波调制的闭环方案。前置放大器放大微弱信号，由A/D转换器转换为离散数字量，数字信号处理电路进行解调，由D/A转换器形成阶梯波，作用在Y波导上最终形成反馈相位实现闭环工作。

光纤陀螺环路增益的优化对于高频角速度的高精度的测量意义十分重大，通过优化光纤陀螺环路增益，能满足光纤陀螺系统中的高角速度测量要求。通过优化控制算法，对光纤陀螺环路增益进行优化能提高光纤陀螺系统的动态性能并提高光纤陀螺系统的检测精度，因此环路增益的设计对于提高光纤陀螺的动态性能和检测精度具有重要意义。此外，检测电路环路增益的分布直接影响闭环误差信号的检测，这在相关研究中被忽略。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种光纤陀螺环路增益优化方法，对于满足光纤陀螺系统的高角速度测量要求，对于实现光纤陀螺的动态性能和检测精度有重大意义。本发明提出用于光纤陀螺系统的一种环路增益的优化设计方法，以及一种信号检测方法，以同时提高光纤陀螺闭环系统的快速追踪能力和检测精度。首先，本发明从理论上分析了光纤陀螺环路增益的分布对光纤陀螺性能的影响并建立了一种环路增益设计方法的理论模型。其次，根据环路增益的理论模型分析建立了闭环光纤系统的动态方程。第三，本发明给出了光纤陀螺环路增益闭环控制参数的设计优化方法，提高了光纤陀螺的动态性能。第四，针对外部的扰动和噪声，提出了光纤陀螺环路增益闭环参数的优化设计方法。最后，通过实验证明了该方法的有效性。

本发明的技术方案为：一种光纤陀螺环路增益优化方法，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；

步骤三、针对非线性条件，进行环路增益优化设计；

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；

步骤五、基于上述优化结果进行检测电路与参数设计。

有益效果：