[发明专利]基于快速、高精度的频率跟踪锁定技术的谐振式光学陀螺

说明书

技术领域

本发明涉及振式光学陀螺中谐振频率伺服回路技术，尤其涉及一种基于快速、高精度的频率跟踪锁定技术的谐振式光学陀螺。

背景技术

谐振式光学陀螺是一种基于Sagnac效应的高精度的新型角速度传感器，其敏感器件光学环形谐振腔可以采用很短的光纤或集成光学的方法来实现，因而在小型化和集成化上具有独特的优势。在谐振式光学陀螺中，通过检测谐振腔顺时针和逆时针光路的谐振频率差得到角速率。实际光学器件如激光器、谐振腔受温度和应力等环境因素的影响，会在环路中引入各种互易性噪声，而Sagnac效应引起的顺时针和逆时针谐振频率的改变是非互易的，并且极其微弱。因此，谐振式光学陀螺的调制解调方式必须至少锁定其中一个方向传播的光波，利用频率伺服回路使激光器的输出光频率始终处于谐振状态，通过间接探测另一方向传播光波与激光器频差来得到角速度，频率跟踪锁定技术将直接影响陀螺实际检测精度。

传统的单纯基于比例（Proportion，P）技术的谐振频率伺服回路技术，在响应速度上具有较大优势，理论上当P无穷大时，可以消除回路的锁定残差，实际回路中由于延时的存在，当P大于一定临界值时候，环路将出现振荡。因此，单纯基于P的谐振频率伺服回路锁定后往往具有较大的残差。在比例基础上，加入积分（Integrator，I）环节，可有效消除锁定残差，然而，积分环节的加入会大大降低回路响应速度。另外，当环境温度变化时，将引起谐振频率线性漂移，这时候需要高次幂积分器来跟踪温度变化引起的谐振频率线性漂移等问题。

谐振频率伺服回路技术，拟通过P模块构成快速、小幅度频率反馈， I（或PI）模块构成缓慢、大幅度频率反馈控制技术，高次幂积分器Iⁿ（n为整数，且n≥2）或（PIⁿ）用于跟踪温度变化引起的谐振频率线性漂移问题，将上述P、I和Iⁿ并联构成谐振频率伺服回路，从而减小环路中激光器频率快速波动及环境温度等引起的谐振频率漂移问题，既提高锁频精度，又改善系统频率响应特性。

发明内容

本发明的目的克服现有技术不足，提供一种基于快速、高精度的频率跟踪锁定技术的谐振式光学陀螺。

一种基于伺服回路闭环锁定技术的谐振式光学陀螺包括由可调谐激光器、光学分路器、第一移频器、第二移频器、第三移频器、第一调制器、第二调制器、光学谐振腔、光电转换模块构成的光学系统，以及由调制解调模块、比例积分反馈模块、比例控制反馈模块和高次积分反馈模块构成的处理电路；可调谐激光器、第三移频器、光学分路器、第一移频器、第一调制器、光学谐振腔、光电转换模块、调制解调模块、比例控制反馈模块顺次相连，比例控制反馈模块与第三移频器相连，激光器分别比例积分反馈模块、高次积分反馈模块相连，光学分路器与第二移频器、第二调制器、光学谐振腔顺次相连，调制解调模块与比例积分反馈模块相连，调制解调模块与高次积分反馈模块相连。

.一种基于伺服回路闭环锁定技术的谐振式光学陀螺包括由可调谐激光器、光学分路器、第一调制器、第二调制器、第一移频器、第二移频器、第三移频器、光学谐振腔、光电转换模块构成的光学系统，以及由调制解调模块、比例控制反馈模块、比例积分反馈模块和高次积分反馈模块构成的处理电路，可调谐激光器与第三移频器、光学分路器、第一调制器、第一移频器、光学谐振腔、光电转换模块、调制解调模块、比例控制反馈模块顺次相连，激光器分别与比例积分反馈模块和高次积分反馈模块相连，光学分路器与第二调制器、第二移频器、光学谐振腔顺次相连，调制解调模块与比例控制反馈模块、第三移频器顺次相连，调制解调模块与比例积分反馈模块、激光器顺次相连，调制解调模块与高次积分反馈模块、激光器顺次相连。

一种基于伺服回路闭环锁定技术的谐振式光学陀螺包括由可调谐激光器、第三移频器、调制器、光学分路器、第一移频器、第二移频器、光学谐振腔、光电转换模块构成的光学系统，以及由调制解调模块、比例控制反馈模块、比例积分反馈模块和高次积分反馈模块构成的处理电路，可调谐激光器与调制器、第三移频器、光学分路器、第一移频器、光学谐振腔、光电转换模块、调制解调模块、比例控制反馈模块顺次相连，比例控制反馈模块与第三移频器，光学分路器与第二移频器、光学谐振腔顺次相连，调制解调模块与比例积分反馈模块、激光器顺次相连，调制解调模块与高次积分反馈模块、激光器器顺次相连。