[发明专利]消除信号强度变化对光纤陀螺性能影响的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子技术中光纤传感的领域，尤其是涉及一种消除信号强度变化对光纤陀螺性能影响的方法。

背景技术

光纤陀螺是一种新型的角速度测量仪，其工作原理是基于光学赛格奈克效应的光纤干涉仪，即当环形干涉仪旋转时，产生一个正比于旋转速率的相位差，通过检测该相位差，即可得到环形干涉仪所在系统的角速度。由于光纤陀螺具有全固态、带宽大及具有多种协议数字输出的优点，被广泛的用于导航和姿态控制系统中，为了改善光纤陀螺输出信号的线性度和灵敏度，一般对光纤陀螺进行方波相位动态偏置以及闭环工作，从而光纤陀螺的输出可以表示为。

方波相位动态偏置和闭环工作的光纤陀螺的输出响应函数为：

其中I₀为系统平均输出信号，I为系统实际的输出信号，φ_Sag为正比于角速度的赛格奈克相移，+π/2和-π/2为动态相位偏置，φ_FB为反馈相位，记残余相位误差为φ_err＝φ_Sag-φ_FB，稳定工作时闭环控制系统使条件φ_err≈0满足，从而通过反馈相位获得系统的赛格奈克相移，进而得到系统的角速度信息。在系统角速度变化时，φ_err偏离零值，此时系统通过对φ_err的测量，并根据它调整反馈相位，最终从而实现反馈相位追踪等于赛格奈克相移，所以残余相位误差φ_err测量的准确性决定了系统的动态性能的和闭环精度。

实际光纤陀螺中的光电器件，由于存在着老化问题，如光源功率随着时间的下降或者光电探测器灵敏度的下降，都会导致系统损耗的增加最终输出的信号I的变化，从而造成残余相位误差φ_err测量的不准，并直接导致了系统动态性能的恶化和闭环精度的下降。而不可避免的电路的低频漂移也会产生相似的效果，从而需要对系统进行信号的实时测量，并采取相应的补偿措施。

目前已有的方法，都是通过在系统光源后面分束器附加一个光电探测器进行光强检测，该方法需要附加器件及相应的处理电路，提高了系统成本和功耗，并且增加系统的复杂度，而复杂度的增加意味着可靠性的降低；并且以后方法都只是对系统进行的测量，无法测量得到光电探测器灵敏度或电路低频漂移造成的系统信号的变化，和实际系统的信号输出变化有较大的出入。

发明内容

针对目前光纤陀螺研究中，需要对系统的光强进行实时检测，而已有的方法只能测量光强的变化，增加了系统成本和功耗，降低了系统可靠性，并且测量结果和实际系统的信号输出不同的现状，本发明的目的在于在不降低系统的可靠性和增加成本及功耗的前提下，提供一种消除信号强度变化对光纤陀螺性能影响的方法，实现对系统闭环精度和动态性能的改善。

发明原理

φ_err≈0，工作线性区±π/2上，并具有最大灵敏度从而系统输出信号(1)进行化简及一阶近似可改写为：

利用奇偶数调制周期的信号差进行残余相位误差φ_err的检测，则：

其中I_偶周期和I_奇周期分别为系统在奇偶周期对于系统采样得到的结果，为实际测量得到的信息。可以看出残余相位误差φ_err为系统平均信号强度I₀的函数。如果由于光电器件老化或者电路低频漂移造成了系统I₀的变化，则会造成残余相位误差φ_err测量的误差，从而导致系统闭环精度和动态性能的恶化。

通过奇偶数周期的系统采样结果和进行系统的光强解调，可得到：

利用(4)中解调出光强对(3)中残余相位误差φ_err进行补偿，从而得到(5)式作为残余相位误差φ_err的检测值，。

(5)不含有信号强度的信息，消除了信号强度变化对于系统动态性能和闭环精度的影响，提高了系统性能。

本发明所采用的技术方案的步骤如下：