[发明专利]一种适用于轻小型光纤陀螺的第二闭环控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于轻小型光纤陀螺的第二闭环控制方法，在原有传统第二闭环的基础上，利用调整复位溢出限制器的方法代替调整第一闭环中数模转换器参考电压的办法，完成第二闭环的功能。本发明能够在不增加任何电子元器件的基础上，简单有效地完成对复位引起的2π误差的跟踪与补偿，在进一步降低轻小型光纤陀螺的体积、重量、成本的方面有着一定的重要指导意义。

技术领域

本发明属于光纤陀螺技术领域，尤其涉及一种适用于轻小型光纤陀螺的第二闭环控制方法。

背景技术

光纤陀螺凭借着其测量精度高、灵敏度好、动态范围大、体积小、重量轻、寿命长、易集成等特点，广泛应用于导弹制导、卫星导航、姿态控制等各个领域。随着近年来围绕光纤陀螺的技术突破以及集成工艺的不断改进，光纤陀螺已经进入到了大批量生产应用的阶段，尤其是在战术级应用领域，目前已经成为国内外最为主流的惯性器件之一。图1是典型的干涉式光纤陀螺的结构示意图，主要包括光源、耦合器、相位调制器、敏感光纤环、探测器和信号处理模块。

全数字闭环反馈方案是目前国内外光纤陀螺中的主流方案，全数字量的数据处理过程能够代替以往的模拟锯齿波反馈信号，并且克服了模拟输入偏置的漂移等问题。当前光纤陀螺中最常用的集成光学调制器是铌酸锂光学调制器，简称Y波导，该器件具有分光、起偏、电压-光相位调制等多个功能，其参数稳定性、特性稳定性等直接决定着光纤陀螺的性能优劣，是光纤陀螺闭环中最为核心的光学器件。由于铌酸锂集成光学调制器的关键参数——半波电压，会随时间的推移以及外界温度的变化而产生变化，因此为了消除由于Y波导的半波电压变化所带来的相位误差，目前的主流方案是在角速率闭环的基础上，增加了用于检测Y波导半波电压误差并进行补偿的闭环，称为第二闭环。

双闭环的方案已经成为了光纤陀螺的标准配置之一，传统第二闭环的加入，虽然能够检测Y波导的半波电压误差并进行闭环补偿，使得光纤陀螺能够得到一个稳定、准确的电光调制，但同时会引入额外的电子元器件或者复杂算法。然而对于轻小型光纤陀螺，尤其是空间用轻小型光纤陀螺，对于陀螺的体积、功耗等都有着较为严格的要求，因此传统第二闭环的加入并不利于对光纤陀螺在轻质化、低功耗方面的进一步发展。

发明内容

为了解决上述已有技术存在的不足，本发明在光纤陀螺的传统全数字闭环方案的基础上提出一种适用于轻小型光纤陀螺的第二闭环控制方法，能够在不增加任何额外电子元器件的基础上，完成第二闭环的功能，有效地实现对复位误差的检测与补偿。本发明的具体技术方案如下：

一种适用于轻小型光纤陀螺的第二闭环控制方法，在全数字双闭环光纤陀螺中，复位产生的2π解调误差经积分后，依次输入第二闭环的数字信号处理模块、数模转换器、模拟信号放大滤波电路，再施加到第一闭环的数模转换器的参考电压端，以此跟踪Y波导的2π电压变化，并进行补偿，消除由于复位引起的2π解调误差，其特征在于，所述方法为：剔除第二闭环的数字信号处理模块、数模转换器、模拟信号放大滤波电路，通过调整复位溢出限制器代替调整第一闭环的数模转换器参考电压，完成第二闭环的功能。

进一步地，所述方法包括以下步骤：

S1：固定第一闭环的数模转换器的参考电压，进而固定阶梯波积分器溢出时的对应电压V_REF；

S2：设定ΔD_RST作为第一闭环的阶梯波积分器的初始复位界限的数字量，此时，复位界限的数字量ΔD_RST与满量程数字量D_Full不相等，即复位对应的数字量绝对值ΔD_RST并非满量程数字量2^N-1，而是随2π电压变化的变量，N为数模转换器的位数；

S3：当发生正向复位时，引入第一闭环中的反馈相位有：