[发明专利]基于双铒源冗余设计的高精度、小型化三轴一体光纤陀螺

说明书

本发明提供一种基于双铒源冗余设计的高精度、小型化三轴一体光纤陀螺，包含独立模块化形态的主光源模块，冗余光源模块，中央光电信号处理模块和光纤敏感环组件，提升了系统的可靠性；通过使铒源(即光源模块)中半导体光放大器工作在深度饱和状态，并调整光源模块的参数，使铒源相对强度噪声降低8dB，在相同直径和长度光纤环下陀螺检测精度提升30％，得到具有精度高、体积小、重量轻的光纤陀螺，对战略级惯性导航系统的应用具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种光纤陀螺，更特别的是一种基于双铒源冗余设计的高精度、小型化三轴一体光纤陀螺。

背景技术

随着高精度惯性导航系统对光纤陀螺的要求越来越高，研制战略级高精度光纤陀螺具有重要的理论意义和军事意义。为提高陀螺检测精度，一般采用增大光纤敏感线圈直径和长度的方法。然而，这种方法势必带来陀螺体积和重量的增加，不利于惯性导航系统在空间领域的应用。

掺铒光纤光源是高精度光纤陀螺的首选光源，随着国内外对光纤陀螺研究的不断深入，掺铒光纤光源的相对强度噪声成为限制陀螺测量精度进一步提升的主要原因。为了提高陀螺精度，降低铒源相对强度噪声是一种重要方法，该方法可以在相同直径和长度光纤敏感线圈下获得更高的陀螺检测精度。研究表明，利用半导体光放大器(SOA)的非线性使其工作在“深度饱和状态”，可以降低光源的相对强度噪声。然而，SOA在C波段表现出很大的增益不均，实际应用过程中必须优化掺铒光纤光源的光学参数与SOA增益特性相匹配，以获得最大的降噪效果。目前基于SOA的铒源降噪技术中并未考虑光源最终输出光谱特性，从而限制了噪声抑制效果。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种基于双铒源冗余设计的高精度、小型化三轴一体光纤陀螺，包含独立模块化形态的主光源模块，冗余光源模块，中央光电信号处理模块和光纤敏感环组件，提升了系统的可靠性；通过使铒源(即光源模块)中半导体光放大器工作在深度饱和状态，并调整光源模块的参数，使铒源相对强度噪声降低8dB，在相同直径和长度光纤环下陀螺检测精度提升30％，得到具有精度高、体积小、重量轻的光纤陀螺，对战略级惯性导航系统的应用具有重要意义。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于双铒源冗余设计的高精度、小型化三轴一体光纤陀螺，包括光源模块，中央光电信号处理模块和光纤敏感环组件；

所述光源模块为掺铒光纤光源模块，数量为2，分别为主光源模块和冗余光源模块，每个光源模块包括激光器，波分复用器，掺铒光纤，法拉第旋转镜，光纤隔离器，半导体光放大器和模拟电路；所述模拟电路向激光器注入电流，使激光器发出泵浦光，泵浦光经波分复用器后耦合进掺铒光纤，经掺铒光纤转换为前向超荧光和后向超荧光，前向超荧光经法拉第旋转镜返回掺铒光纤经再次光放大，与后向超荧光一起经波分复用器和光纤隔离器到达半导体光放大器，模拟电路向半导体光放大器注入电流，使半导体光放大器实现对超荧光的放大功能；所述模拟电路向激光器注入的电流和向半导体光放大器注入的电流相互配合，使半导体光放大器处于深度饱和状态；激光器为980nm激光器。

中央光电信号处理模块将光源模块发出的超荧光处理后分为两部分，第一部分传输至光纤敏感环组件，获取由光纤敏感环组件返回的三轴干涉光信号，并转换为电信号进行解调，得到陀螺仪的角速度信息，第二部分用于监测各光源模块的工作状态，并根据工作状态进行主光源模块和冗余光源模块的切换。

进一步的，所述中央光电信号处理模块包括光纤耦合器组，Y波导，信号采集探测器，数字信号处理电路和光源功率监测探测器；