專利名稱：一種適用于干涉式光纖陀螺的信號(hào)處理裝置的同頻干擾測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)信號(hào)干擾處理的測試方法，更特別地說，是指一種適用于干涉式光纖陀螺的信號(hào)處理裝置的同頻干擾測試方法。
背景技術(shù)：
干涉式光纖陀螺是一種測量角速度的儀器，其硬件包括光源1、耦合器2、Y波導(dǎo)3、光纖環(huán)4、光電探測器5和信號(hào)處理裝置6組成(請(qǐng)參見圖1所示)。所述的信號(hào)處理裝置6包括用于對(duì)光電探測器5輸出的光功率信號(hào)f1進(jìn)行濾波放大的前放濾波電路61、A/D轉(zhuǎn)換器62、中心處理器63、D/A轉(zhuǎn)換器64和放大調(diào)理電路65組成(請(qǐng)參見圖2所示)。其中心處理器63可以由DSP實(shí)現(xiàn)、也可以由FPGA實(shí)現(xiàn)、也可以由DSP+FPGA實(shí)現(xiàn)。干涉式光纖陀螺對(duì)角速度的測量是通過在光纖環(huán)4中傳播的兩束相向的光在光纖陀螺自身的轉(zhuǎn)動(dòng)中，引起的非互易相位差的大小來表征的。陀螺是敏感相對(duì)于慣性空間角運(yùn)動(dòng)的裝置。它作為一種重要的慣性敏感器，用于測量運(yùn)載體的姿態(tài)角和角速度，是構(gòu)成慣性系統(tǒng)的核心器件。可以應(yīng)用在飛行器導(dǎo)航、艦船導(dǎo)航和陸用導(dǎo)航中。
干涉式光纖陀螺環(huán)形干涉儀中，光波在Y波導(dǎo)3和耦合器2之間的兩路光路的群傳輸時(shí)間之差倒數(shù)的二分之一稱為光纖陀螺的本征頻率(eigen frequency)。光纖陀螺最小互易性結(jié)構(gòu)的光功率響應(yīng)是一個(gè)隆起的余弦函數(shù)，為了獲得較高的靈敏度，故給該信號(hào)施加一個(gè)偏置，使之工作在一個(gè)響應(yīng)斜率不為零的點(diǎn)附近。而Y波導(dǎo)3中的寄生非線性或振幅調(diào)制可能會(huì)削弱偏置的質(zhì)量。在Y波導(dǎo)3非線性的情況下，一種簡單的解決方法是使光纖陀螺環(huán)工作在本征頻率(或其奇次諧波)上，因此，光纖陀螺的信號(hào)處理裝置6通常都是基于其本征頻率來設(shè)計(jì)其控制時(shí)序的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種適用于干涉式光纖陀螺的信號(hào)處理裝置的同頻干擾測試方法，該同頻干擾測試方法通過對(duì)光源驅(qū)動(dòng)電路的光源驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)f3進(jìn)行干擾，干擾后的信號(hào)經(jīng)光源、耦合器、Y波導(dǎo)、光纖環(huán)后，再經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)換輸出光功率信號(hào)f1，以Y波導(dǎo)的方波信號(hào)f2作為信號(hào)參考輸入，采用瑣相放大原理對(duì)光功率信號(hào)f1和Y波導(dǎo)的方波信號(hào)f2解析獲得噪聲幅度信號(hào)f4。實(shí)現(xiàn)了對(duì)干涉式光纖陀螺輸出信息的優(yōu)化。
本發(fā)明是一種適用于干涉式光纖陀螺的信號(hào)處理裝置的同頻干擾測試方法，同頻干擾解析模塊7對(duì)所述信號(hào)處理裝置6內(nèi)部信息的解析步驟有第一步由中心處理器63產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)Y波導(dǎo)3的方波信號(hào)f2；第二步由中心處理器63產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)光源驅(qū)動(dòng)電路11的電壓信號(hào)f3；第三步光電探測器5輸出的光功率信號(hào)f1經(jīng)前放濾波電路61、A/D轉(zhuǎn)換器62后進(jìn)入中心處理器63；第四步同頻干擾解析模塊7對(duì)接收的光功率信號(hào)f1和方波信號(hào)f2進(jìn)行同頻干擾解析處理，獲得噪聲幅度信號(hào)f4；第五步同頻干擾解析模塊7對(duì)噪聲幅度信號(hào)f4進(jìn)行分析以后，對(duì)電壓信號(hào)f3進(jìn)行補(bǔ)償，從而優(yōu)化光纖陀螺輸出信息。
所述同頻干擾解析模塊7主要包括有信號(hào)通道、參考通道、噪聲檢測通道；光電探測器5輸出的光功率信號(hào)f1，經(jīng)過A放大器71、濾波器72、B放大器73得到被檢測信號(hào)f1-1；方波信號(hào)f2經(jīng)觸發(fā)器74、相移器75、C放大器76相移放大后得到第一參考信號(hào)f2-1；方波信號(hào)f2經(jīng)觸發(fā)器74、E放大器80后得到的第二參考信號(hào)f2-2；第一參考信號(hào)f2-1和第二參考信號(hào)f2-2分別與被檢測信號(hào)f1-1經(jīng)乘法器77后得到第一交流信號(hào)VM1和第二交流信號(hào)VM2；第一交流信號(hào)VM1經(jīng)濾波后，濾除掉其中的交流信號(hào)而得到直流濾波信號(hào)VM1+FILT，第二交流信號(hào)VM2經(jīng)濾波后，濾除掉其中的交流信號(hào)而得到移相后的直流濾波信號(hào)VM2+FILT；將直流濾波信號(hào)VM1+FILT和移相直流濾波信號(hào)VM2+FILT進(jìn)行求模優(yōu)化獲得噪聲幅度信號(hào)f4。
本發(fā)明是一種測量光纖陀螺內(nèi)部同頻干擾的方法，其優(yōu)點(diǎn)在于(一)能夠有效的測量光電轉(zhuǎn)換后的探測器信號(hào)受到同頻干擾的情況；(二)使用信號(hào)處理裝置本身發(fā)出的方波信號(hào)作為參考信號(hào)，可以有效的測量噪聲幅度；(三)信號(hào)處理過程經(jīng)過濾波處理，測量精度較高。


圖1是背景技術(shù)中干涉式光纖陀螺的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是背景技術(shù)中干涉式光纖陀螺的信號(hào)處理裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3是本發(fā)明中心處理器對(duì)信號(hào)的解析結(jié)構(gòu)框圖。
圖4是本發(fā)明同頻干擾解析單元的解析原理框圖。
圖中1.光源11.光源驅(qū)動(dòng)電路2.耦合器3.Y波導(dǎo)4.光纖環(huán)5.光電探測器6.信號(hào)處理裝置61.前放濾波電路62.A/D轉(zhuǎn)換器63.中心處理器64.D/A轉(zhuǎn)換器65.放大調(diào)理電路7.同頻干擾解析單元71.A放大器72.A濾波器73.B放大器74.觸發(fā)器75.相移器76.C放大器77.乘法器78.B濾波器79.D放大器80.E放大器具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明是一種適用于干涉式光纖陀螺的信號(hào)處理裝置的同頻干擾測試方法，此種測量方法可以有效地測量干涉式光纖陀螺內(nèi)部的同頻信號(hào)之間的干擾，并且可以有效地模擬干涉式光纖陀螺內(nèi)部(信號(hào)處理裝置6)的實(shí)際情況(參見圖2所示)，即中心處理器63為光源1提供用于驅(qū)動(dòng)光源驅(qū)動(dòng)電路11的電壓信號(hào)f3，光源驅(qū)動(dòng)電路11為光源1提供驅(qū)動(dòng)電流，光源1發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)過光纖環(huán)4衰減進(jìn)入光電探測器5；從光纖環(huán)4發(fā)出的光經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換進(jìn)入前放濾波電路61。中心處理器63通過方波信號(hào)f2與光電探測器5信號(hào)的輸入f1(也是指光電探測器5輸出的光功率信號(hào))，以方波信號(hào)f2為基準(zhǔn)，測量光電探測器5輸出信號(hào)被干擾的幅值大小。應(yīng)用本發(fā)明的同頻干擾測試方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)干涉式光纖陀螺輸出信息的優(yōu)化。
本發(fā)明是一種適用于干涉式光纖陀螺的信號(hào)處理裝置的同頻干擾測試方法，是采用同頻干擾解析模塊7對(duì)所述信號(hào)處理裝置6內(nèi)部信息的解析，包括有下列步驟第一步由中心處理器63產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)Y波導(dǎo)3的方波信號(hào)f2；第二步由中心處理器63產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)光源驅(qū)動(dòng)電路11的電壓信號(hào)f3；第三步光電探測器5輸出的光功率信號(hào)f1經(jīng)前放濾波電路61、A/D轉(zhuǎn)換器62后進(jìn)入中心處理器63；
第四步同頻干擾解析模塊7對(duì)接收的光功率信號(hào)f1和方波信號(hào)f2進(jìn)行同頻干擾解析處理，獲得噪聲幅度信號(hào)f4；第五步同頻干擾解析模塊7對(duì)噪聲幅度信號(hào)f4進(jìn)行分析以后，對(duì)電壓信號(hào)f3進(jìn)行補(bǔ)償，從而優(yōu)化光纖陀螺輸出信息。
請(qǐng)參見圖2所示，在本發(fā)明中，同頻干擾解析模塊7輸出的電壓信號(hào)f3作用到光源驅(qū)動(dòng)電路11上后輸出恒流信號(hào)，光源1輸出的光信息經(jīng)耦合器2、Y波導(dǎo)3、光纖環(huán)4后，由光電探測器5得到光功率信號(hào)f1；光功率信號(hào)f1與驅(qū)動(dòng)Y波導(dǎo)的方波信號(hào)f2在同頻干擾解析模塊7中進(jìn)行同頻干擾的解析；干擾信號(hào)是通過光源驅(qū)動(dòng)，由電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，經(jīng)過探測器5再由光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)與陀螺信號(hào)處理電路6輸出的參考信號(hào)分別輸入到同頻干擾解析模塊7的兩個(gè)輸入端(參見圖3所示)，通過瑣相放大器測量噪聲信號(hào)的幅度。測量信號(hào)的幅值變化大小反映了噪聲信號(hào)的大小。同頻干擾信號(hào)幅值的變化會(huì)引起測量結(jié)果幅值的變化，因此可以通過同頻干擾解析模塊7測量的結(jié)果可以看出同頻干擾信號(hào)的變化。
請(qǐng)參見圖4所示，同頻干擾解析模塊7主要包括有信號(hào)通道、參考通道、噪聲檢測通道。光電探測器5輸出的光功率信號(hào)f1，經(jīng)過A放大器71、濾波器72、B放大器73得到被檢測信號(hào)f1-1；方波信號(hào)f2經(jīng)觸發(fā)器74、相移器75、C放大器76相移放大后得到第一參考信號(hào)f2-1；方波信號(hào)f2經(jīng)觸發(fā)器74、E放大器80后得到的第二參考信號(hào)f2-2；第一參考信號(hào)f2-1和第二參考信號(hào)f2-2分別與被檢測信號(hào)f1-1經(jīng)乘法器77后得到第一交流信號(hào)VM1和第二交流信號(hào)VM2；第一交流信號(hào)VM1經(jīng)濾波后，濾除掉其中的交流信號(hào)而得到直流濾波信號(hào)VM1+FILT，第二交流信號(hào)VM2經(jīng)濾波后，濾除掉其中的交流信號(hào)而得到移相后的直流濾波信號(hào)VM2+FILT；將直流濾波信號(hào)VM1+FILT和移相直流濾波信號(hào)VM2+FILT進(jìn)行求模優(yōu)化獲得噪聲幅度信號(hào)f4。
所述信號(hào)通道對(duì)輸入的幅度調(diào)制信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等處理。因?yàn)楸粰z測信號(hào)微弱，而伴隨的噪聲相對(duì)較大，這就要求信號(hào)通道的前置放大器必須具備低噪聲、高增益的特點(diǎn)，而且動(dòng)態(tài)范圍要大。
所述參考通道的功能是為乘法器提供與被檢測信號(hào)相干的控制信號(hào)。參考輸入是方波信號(hào)，其頻率與希望檢測的噪聲信號(hào)一樣。
在本發(fā)明中，同頻干擾解析模塊7的輸入要求有一個(gè)參考頻率，即方波信號(hào)f2。同頻干擾解析模塊7通過參考頻率測量被測信號(hào)；假設(shè)參考信號(hào)為方波信號(hào)，其頻率為ωR。同頻干擾解析模塊7的輸出為正弦信號(hào)，假設(shè)正弦信號(hào)的響應(yīng)為VIsin(ωIt+θI)，其中VI表示光電探測器5輸出的幅值。
同頻干擾解析模塊7把測量信號(hào)與參考信號(hào)VRsin(ωRt+θR)相乘，乘法器77有兩個(gè)輸入端，一個(gè)輸出端。
VM1＝f1-1×f2-1(1)經(jīng)轉(zhuǎn)換得到VM1=12VIVRcos(θR-θI)+12VIVRsin(2ωRt+θR+θI)---(2)]]>由于同頻干擾解析模塊7的兩個(gè)輸入端具有相同的頻率，乘法器77的輸出第一項(xiàng)為直流量；第二項(xiàng)是頻率為2ωR的交流信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以通過低通濾波器濾除掉。得到直流濾波信號(hào)VM1+FILTVM1+FILT=12VIVRcos(θR-θI)---(3)]]>為了測量光電探測器5輸出的幅值VI，我們利用公式3，這就是說輸入信號(hào)與參考信號(hào)的相位差必須知道的情況下，我們才能測量輸入信號(hào)的幅度VI。同頻干擾解析模塊7解決這個(gè)問題采用了乘法器，參考信號(hào)輸入到乘法器77的信號(hào)是經(jīng)過相移以后的信號(hào)VM2=12VIVRcos(θR-θI-π2)+12VIVRsin(2ωRt+θR+θI-π2)---(4)]]>經(jīng)過濾波以后VM2+FILT=12VIVRcos(θR-θI-π2)=12VIVRsin(θR-θI)---(5)]]>因此通過以上公式的求模優(yōu)化得到噪聲幅度信號(hào)f4f4=(2VR)(VM1+FILT)2+(VM2+FILT)2---(6)]]>本發(fā)明的同頻干擾測試方法通過對(duì)光源驅(qū)動(dòng)電路的光源驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)f3進(jìn)行干擾，干擾后的信號(hào)經(jīng)光源、耦合器、Y波導(dǎo)、光纖環(huán)后，再經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)換輸出光功率信號(hào)f1，以Y波導(dǎo)的方波信號(hào)f2作為信號(hào)參考輸入，采用瑣相放大原理對(duì)光功率信號(hào)f1和Y波導(dǎo)的方波信號(hào)f2解析獲得噪聲幅度信號(hào)f4。實(shí)現(xiàn)了對(duì)干涉式光纖陀螺輸出信息的優(yōu)化。
在本發(fā)明中引用符號(hào)的物理意義見下表

權(quán)利要求
1.一種適用于干涉式光纖陀螺的信號(hào)處理裝置的同頻干擾測試方法，所述信號(hào)處理裝置(6)至少包括有前放濾波電路(61)、A/D轉(zhuǎn)換器(62)、中心處理器(63)、D/A轉(zhuǎn)換器(64)和放大調(diào)理電路(65)，其特征在于同頻干擾解析模塊(7)對(duì)所述信號(hào)處理裝置(6)內(nèi)部信息的解析步驟有第一步由中心處理器(63)產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)Y波導(dǎo)(3)的方波信號(hào)f2；第二步由中心處理器(63)產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)光源驅(qū)動(dòng)電路(11)的電壓信號(hào)f3；第三步光電探測器(5)輸出的光功率信號(hào)f1經(jīng)前放濾波電路(61)、A/D轉(zhuǎn)換器(62)后進(jìn)入中心處理器(63)；第四步同頻干擾解析模塊(7)對(duì)接收的光功率信號(hào)f1和方波信號(hào)f2進(jìn)行同頻干擾解析處理，獲得噪聲幅度信號(hào)f4；第五步同頻干擾解析模塊(7)對(duì)噪聲幅度信號(hào)f4進(jìn)行分析以后，對(duì)電壓信號(hào)f3進(jìn)行補(bǔ)償，從而優(yōu)化光纖陀螺輸出信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理裝置的同頻干擾測試方法，其特征在于同頻干擾解析模塊(7)主要包括有信號(hào)通道、參考通道、噪聲檢測通道；光電探測器(5)輸出的光功率信號(hào)f1，經(jīng)過A放大器(71)、濾波器(72)、B放大器(73)得到被檢測信號(hào)f1-1；方波信號(hào)f2經(jīng)觸發(fā)器(74)、相移器(75)、C放大器(76)相移放大后得到第一參考信號(hào)f2-1；方波信號(hào)f2經(jīng)觸發(fā)器(74)、E放大器(80)后得到的第二參考信號(hào)f2-2；第一參考信號(hào)f2-1和第二參考信號(hào)f2-2分別與被檢測信號(hào)f1-1經(jīng)乘法器(77)后得到第一交流信號(hào)VM1和第二交流信號(hào)VM2；第一交流信號(hào)VM1經(jīng)濾波后，濾除掉其中的交流信號(hào)而得到直流濾波信號(hào)VM1+FILT，第二交流信號(hào)VM2經(jīng)濾波后，濾除掉其中的交流信號(hào)而得到移相后的直流濾波信號(hào)VM2+FILT；將直流濾波信號(hào)VM1+FILT和移相直流濾波信號(hào)VM2+FILT進(jìn)行求模優(yōu)化獲得噪聲幅度信號(hào)f4。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信號(hào)處理裝置的同頻干擾測試方法，其特征在于求模優(yōu)化噪聲幅度信號(hào)f4滿足 式中，VR表示方波信號(hào)f2輸入的幅值，VM1+FILT表示直流濾波信號(hào)，VM2+FILT表示移相直流濾波信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理裝置的同頻干擾測試方法，其特征在于B濾波器(78)所濾除掉的頻率為2ωR信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理裝置的同頻干擾測試方法，其特征在于相移器(75)的相位移動(dòng)為π/2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于干涉式光纖陀螺的信號(hào)處理裝置的同頻干擾測試方法，該同頻干擾測試方法通過對(duì)光源驅(qū)動(dòng)電路的光源驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)f
文檔編號(hào)G01C25/00GK101071068SQ200710117620
公開日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2007年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月20日
發(fā)明者宋凝芳, 潘雄, 杜士森, 馬東營, 徐小斌 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)