[发明专利]一种光纤陀螺闭环控制方法、系统、电子设备及存储介质

说明书

本发明涉及一种光纤陀螺闭环控制方法及系统，在光纤陀螺的光路中施加频率为本征频率奇数倍的正负交替的方波调制信号；分别确定方波调制信号在正半周期和负半周期调制时，相位调制器中的两路光形成的干涉信号的光强和，计算解调信号为光强和差值；根据修正闭环反馈相移；以闭环反馈相移为阶梯波高度，以一个渡越时间为周期，进行阶梯波累加得到反馈阶梯波，基于反馈阶梯波控制相位调制器；采用本征频率奇数倍的方波作为调制信号，通过提高调制解调与闭环反馈的频率提高载体对于外界角速率输入的响应速度，有效提升了光纤陀螺的响应带宽并提升光纤陀螺的动态性能。

技术领域

本发明涉及光纤陀螺技术领域，尤其涉及一种光纤陀螺闭环控制方法、系统、电子设备及存储介质。

背景技术

光纤陀螺是一种以Sagnac效应为理论基础的全固态角速度传感器，具有可靠性高、设计灵活、精度高、动态范围大、无中心工作点等方面的优势，已经成为当今核心惯性器件中不可或缺的一份子。

如图1所示为一种干涉式数字闭环光纤陀螺的结构示意图，由图1可知，数字闭环光纤陀螺的组成包括光源1、耦合器2、相位调制器3、光纤环4、光电转换组件5、放大滤波模块6、A/D转换模块7、数字信号处理模块8、D/A转换模块9和驱动电路10。

光纤陀螺对转速的测量通过测量光纤环4中两束相向传播的光因转速产生的非互易性相位差（即Sagnac相移）来实现。数字闭环光纤陀螺通过闭环反馈的方式在光路中施加与Sagnac相移大小相等、方向相反的反馈相位将两束光的相位差控制在零附近。反馈相位通过对干涉信号进行信号调制和数字解调获得，调制和解调信号由数字信号处理模块8产生。反馈相位通过对相位调制器3施加控制电压来实现，相位调制器3对光信号产生的相位调制与控制电压成正比。

一般情况下，光纤陀螺采用本征频率方波或者“四态”方波的调制解调方案，即在光路中施加与本征频率同频的方波/“四态”方波产生偏置，并对正负偏置信号的采样值作差得出解调信号，解调信号累加后产生与转速成正比的反馈信号，反馈信号以阶梯波累加的方式作用于相位调制器3，反馈频率与解调频率相同。如图2所示为本征频率方波调制过程示意图。图中表示在相位调制器3中产生的干涉光信号受到的调制信号，表示在相位调制器3中进行干涉的逆时针传播的一路光受到的调制信号，表示在相位调制器3中进行干涉的顺时针传播的一路光受到的调制信号，这种调制解调方案在环境动态特性要求不高的情况下可以满足要求，但是在高动态的环境下，要求光纤陀螺能够快速响应外界变化，就可能难以满足需求，甚至在瞬态冲击环境下会引起跨条纹现象。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种光纤陀螺闭环控制方法、系统、电子设备及存储介质，采用本征频率奇数倍的方波作为调制信号，通过提高调制解调与闭环反馈的频率提高载体对于外界角速率输入的响应速度，有效提升了光纤陀螺的响应带宽，在保证精度不变的情况下通过软件算法的优化有效提升光纤陀螺的动态性能。

根据本发明的第一方面，提供了一种光纤陀螺闭环控制方法，光纤陀螺包括：数字信号处理模块和相位调制器，所述控制方法包括：

步骤1，在所述光纤陀螺的光路中施加频率为本征频率k倍的正负交替的方波调制信号，k为大于1的奇数；

步骤2，分别确定所述方波调制信号在正半周期和负半周期调制时，所述相位调制器中的两路光形成的干涉信号的光强和，计算解调信号为所述光强和差值；

步骤3，根据所述解调信号修正闭环反馈相移；以所述闭环反馈相移为阶梯波高度，以一个渡越时间为周期，进行阶梯波累加得到反馈阶梯波，基于所述反馈阶梯波控制所述相位调制器。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

可选的，所述步骤2中确定所述光强和的过程包括：设置使能信号对所述干涉信号进行采样并保存，所述方波调制信号在正半周期时对应的采样值为，所述方波调制信号在负半周期调制时对应的采样值为；