專利名稱：一種光纖陀螺儀的薩格奈克相移跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感領(lǐng)域，特別涉及一種光纖陀螺儀的薩格奈克相移跟蹤方法。
背景技術(shù)：
光纖傳感技術(shù)是被廣泛關(guān)注的新型傳感技術(shù)，作為光纖傳感領(lǐng)域最重要的成就之一，光纖陀螺目前被廣泛的研究和應(yīng)用。光纖陀螺是基于薩格奈克效應(yīng)的角速度測(cè)量?jī)x，有多種可能的工作模式，如諧振式、干涉式、慢光方式等等，目前技術(shù)比較成熟并能夠投入大規(guī)模使用的光纖陀螺儀是干涉式光纖陀螺儀。干涉式光纖陀螺儀有兩種基本結(jié)構(gòu)開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)和閉環(huán)結(jié)構(gòu)。開(kāi)環(huán)光纖陀螺直接檢測(cè)光路中的薩格奈克相移，所以系統(tǒng)的工作點(diǎn)隨輸入角速度而改變；閉環(huán)光纖陀螺通過(guò)反饋回路抵消光路中的薩格奈克相移，而將反饋信號(hào)作為檢測(cè)信號(hào)，所以系統(tǒng)的工作點(diǎn)不隨輸入角速度而改變?；谶@樣的工作原理，這兩類光纖陀螺儀都有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足相較之下，閉環(huán)光纖陀螺儀的突出優(yōu)勢(shì)是更高的標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性、 更大的動(dòng)態(tài)范圍和更小的漂移；開(kāi)環(huán)光纖陀螺儀由于沒(méi)有使用反饋回路而具有更好的抗溫度沖擊、機(jī)械沖擊、機(jī)械振動(dòng)特性，更好的抗電磁干擾能力，更高的可靠性以及更低的生產(chǎn)和使用維護(hù)成本。參考文獻(xiàn)張桂才，光纖陀螺原理與技術(shù)，國(guó)防工業(yè)出版社，2008。隨著微電子技術(shù)和軟件工程技術(shù)的高速發(fā)展，信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到了迅速的發(fā)展。本發(fā)明提出一種應(yīng)用于光纖陀螺探測(cè)器后端的信號(hào)處理方法，在開(kāi)環(huán)光纖陀螺上使用該技術(shù)，開(kāi)環(huán)光纖陀螺的動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)到閉環(huán)光纖陀螺儀的水平?；谠摷夹g(shù)，可衍生出同時(shí)擁有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)光纖陀螺優(yōu)勢(shì)的新一代光纖陀螺。開(kāi)環(huán)光纖陀螺儀的基本結(jié)構(gòu)示意圖如

圖1所示，模塊5探測(cè)器輸出的探測(cè)信號(hào)為
權(quán)利要求
1.一種光纖陀螺儀的薩格奈克相移跟蹤方法，其中所述光纖陀螺儀為激光光源經(jīng)耦合器1與一偏振器連接，所述偏振器經(jīng)一耦合器2與一光纖環(huán)連接，所述光纖環(huán)與所述耦合器2之間連接一調(diào)相器，所述耦合器1另一端口與一探測(cè)器連接且所述探測(cè)器與所述激光光源位于所述耦合器1的同一側(cè)，所述探測(cè)器的輸出端依次經(jīng)一濾波及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)處理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊與所述調(diào)相器的控制端連接；其步驟為1)對(duì)k= 0時(shí)刻采集的探測(cè)信號(hào)進(jìn)行濾波解調(diào)，得到k = 0時(shí)刻探測(cè)信號(hào)的一次諧波解調(diào)信號(hào)S1(O)和二次諧波解調(diào)信號(hào)；其中，k為采樣時(shí)刻；2)根據(jù)S1(0)、S2 (0)計(jì)算得到k = 0時(shí)刻光纖陀螺的薩格奈克相移代(0)，并初始化一相位偏置參數(shù)PB的初始值為0 ；3)對(duì)后續(xù)k時(shí)刻采集的探測(cè)信號(hào)進(jìn)行濾波解調(diào)，得到當(dāng)前時(shí)刻的一次諧波解調(diào)信號(hào) S1GO、二次諧波解調(diào)信號(hào)；并根據(jù)S1GO、以及前一時(shí)刻的一次諧波解調(diào)信號(hào) S1(Ic-I)、二次諧波解調(diào)信號(hào)，確定當(dāng)前時(shí)刻的薩格奈克相移％(^值。
2.如權(quán)利要求ι所述的方法，其特征在于所述確定當(dāng)前時(shí)刻的薩格奈克相移值的方法為a)首先判斷3^1^-1)4(1^-1)5^104(10是否小于0；如果小于0，則進(jìn)行步驟b)；否則直接輸出薩格奈克相移測(cè)量值
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述確定當(dāng)前時(shí)刻的薩格奈克相移％值的方法為a)首先判斷S1(k-1) S2 (k-1) S1 (k) S2 (k)是否小于0 ；如果小于0，則進(jìn)行步驟b)，否則， 進(jìn)行步驟c)；b)如果S^k) S2 (k-1)-S2 (^S1 (k-1)大于 0，則當(dāng) S1 (k-1) S2 (k-1)大于 0 時(shí)， 將參數(shù)PB更新為ΡΒ+π，然后輸出
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于根據(jù)公式
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述探測(cè)器輸出端經(jīng)一放大器與所述濾波及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接。
6.一種光纖陀螺儀的薩格奈克相移跟蹤方法，其中所述光纖陀螺儀為激光光源經(jīng)耦合器1與一偏振器連接，所述偏振器經(jīng)一耦合器2與一光纖環(huán)連接，所述光纖環(huán)與所述耦合器2之間連接一調(diào)相器，所述耦合器1另一端口與一探測(cè)器連接且所述探測(cè)器與所述激光光源位于所述耦合器1的同一側(cè)，所述探測(cè)器的輸出端與一濾波器輸入端連接，所述濾波器的輸出端分別與一次諧波解調(diào)模塊、二次諧波解調(diào)模塊的輸入端連接，一次諧波解調(diào)模塊、二次諧波解調(diào)模塊的輸出端均經(jīng)一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與一信號(hào)處理模塊連接；所述調(diào)相器、 一次諧波解調(diào)模塊的控制端分別與一振蕩器的輸出端連接；所述二次諧波解調(diào)模塊的控制端經(jīng)一 90°相移及倍頻模塊與所述振蕩器的輸出端連接；其步驟為1)對(duì)k= 0時(shí)刻采集的探測(cè)信號(hào)進(jìn)行濾波解調(diào)，得到k = 0時(shí)刻探測(cè)信號(hào)的一次諧波解調(diào)信號(hào)S1(O)和二次諧波解調(diào)信號(hào)；其中，k為采樣時(shí)刻；2)根據(jù)S1(0)、S2 (0)計(jì)算得到k = 0時(shí)刻光纖陀螺的薩格奈克相移代(0)，并初始化一相位偏置參數(shù)PB的初始值為0 ；3)對(duì)后續(xù)k時(shí)刻采集的探測(cè)信號(hào)進(jìn)行濾波解調(diào)，得到當(dāng)前時(shí)刻的一次諧波解調(diào)信號(hào) S1GO、二次諧波解調(diào)信號(hào)；并根據(jù)S1GO、以及前一時(shí)刻的一次諧波解調(diào)信號(hào) S1(Ic-I)、二次諧波解調(diào)信號(hào)，確定當(dāng)前時(shí)刻的薩格奈克相移代值。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述確定當(dāng)前時(shí)刻的薩格奈克相移值的方法為a)首先判斷3^1^-1)4(1^-1)5^104(10是否小于0；如果小于0，則進(jìn)行步驟b)；否則 直接輸出薩格奈克相移測(cè)量值
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述確定當(dāng)前時(shí)刻的薩格奈克相移值的方法為a)首先判斷S1(k-1) S2 (k-1) S1 (k) S2 (k)是否小于0 ；如果小于0，則進(jìn)行步驟b)，否則， 進(jìn)行步驟c)；b)如果S^k) S2 (k-1)-S2 (^S1 (k-1)大于 0，則當(dāng) S1 (k-1) S2 (k-1)大于 0 時(shí)， 將參數(shù)PB更新為ΡΒ+π，然后輸出
9.如權(quán)利要求6或7或8所述的方法，其特征在于根據(jù)公式
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述探測(cè)器輸出端經(jīng)一放大器與所述濾波器的輸入端連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種光纖陀螺儀的薩格奈克相移跟蹤方法，屬于光纖傳感領(lǐng)域。本方法為1)對(duì)k＝0時(shí)刻采集的探測(cè)信號(hào)進(jìn)行濾波解調(diào)，得到k＝0時(shí)刻探測(cè)信號(hào)的一、二次諧波解調(diào)信號(hào)S1(0)和S2(0)；2)根據(jù)S1(0)、S2(0)計(jì)算得到k＝0時(shí)刻光纖陀螺的薩格奈克相移(0)，并初始化一相位偏置參數(shù)PB的初始值為0；3)對(duì)后續(xù)k時(shí)刻采集的探測(cè)信號(hào)進(jìn)行濾波解調(diào)，得到當(dāng)前時(shí)刻的一、二次諧波解調(diào)信號(hào)S1(k)和S2(k)；并根據(jù)S1(k)、S2(k)以及前一時(shí)刻的一次諧波解調(diào)信號(hào)S1(k-1)、二次諧波解調(diào)信號(hào)S2(k-1)，確定當(dāng)前時(shí)刻的薩格奈克相移(k)值。本發(fā)明能夠大大提高光纖陀螺的動(dòng)態(tài)范圍、精度和比例因子線性度。
文檔編號(hào)G01C19/72GK102183249SQ20111006198
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者楊川川, 王子宇 申請(qǐng)人:北京大學(xué)