[发明专利]光纤陀螺的光功率自修正方法及其高精度光纤陀螺

说明书

技术领域

本发明涉及光纤陀螺仪技术领域，具体地指一种光纤陀螺的光功率自修正方法及其高精度光纤陀螺。

背景技术

近年来，光纤陀螺(FOG)由于其潜在的优势和应用前景而备受重视，已经成为新一代中高精度惯性测量系统中的首要选择。随着研究的深入，影响光纤陀螺精度的各种关键问题逐步得到解决，光纤陀螺的性能不断提高，创造了良好的经济效益。中低精度光纤陀螺主要应用于短距离战术武器、民用测井技术等领域，高精度光纤陀螺主要应用于远距离、高精度武器装备系统及舰艇导航、定位定向、大地测量等领域。目前，国外研制的高精度光纤陀螺零位漂移已达到0.001°/h以内，标度因数稳定性优于10ppm，测量精度达到了0.0003°/h。但由于惯性技术有较高的军事应用价值，国外对高精度光纤陀螺的生产技术进行了严格的技术封锁。

从已有的资料分析，影响陀螺精度的主要因素是光功率稳定性、平均波长稳定性、光纤环的绕制质量、后端信号检测电路的精度等。在现有的技术条件下，光纤环的绕制技术和后端信号检测电路的设计已经相对成熟，改进的空间不大。在中低精度光纤陀螺中广泛应用的SLD光源控制模块主要由驱动电路和制冷器两部分组成，驱动电路主要控制光源的输出光功率，制冷器保证光源始终工作在预设定温度下。直接影响光源输出光功率的驱动电路无法随着外界环境的变化及时调整光源驱动电流，从而造成SLD光源的光功率稳定性较差，不能够满足高精度光纤陀螺的设计要求。在公开的文献和资料中，现有的SLD光源光功率闭环控制方案，通常是在耦合器空头上外接另一个PIN探测器，根据探测到的光信号进行光源的闭环反馈控制。该方法的缺点是，在增加了一个光电探测器件后，改变了光路的互易性，造成了更大的光学设计误差，因此并没有实际应用到高精度光纤陀螺的设计中。

现有的高精度光纤陀螺主要采用ASE光源，如图1所示，在主流的设计中，基于ASE光源的高精度光纤陀螺和基于SLD光源的中低精度光纤陀螺在系统结构上并无太大差别，唯一不同的地方是将输出平均波长稳定性较差的SLD光源换成了输出平均波长稳定性较好的ASE光源。对于ASE光源而言，其最大的优点在于具有更好的光谱稳定性，可以利用成熟的光纤通信器件进行高精度陀螺设计，但是其后级的驱动电路和光路设计方式并无明显改进。与此同时，ASE光源也存在一些缺点，例如其成本较高、且光源控制复杂，在进行系统设计时，不仅需要精确控制980nm泵浦光的光功率，同时需要对波分复用(WDM)器件和光纤布拉格光栅(FBG)进行温度控制，避免因温度波动引起输出光的平均波长发生变化；在控制算法设计上，对光源的控制依赖于经验参数，只能在光源内部进行温度检测，从而根据经验参数对光源进行温度控制，无法实现光源输出功率的“端到端”实时闭环控制；同时，当前的闭环控制算法只能完成从探测器后端信号的控制和反馈，功能单一，没有进行从光源到输出的系统级参数综合控制，在精度的进一步提高上存在一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中高精度光纤陀螺成本高、光功率控制不精确的问题，提供一种光纤陀螺的光功率自修正方法及其高精度光纤陀螺。

为实现上述目的，本发明所设计的光纤陀螺的光功率自修正方法为：提取光干涉信号，采集光干涉信号中偏置相位在0附近时的梳状尖峰值D_i，并对采集到的N个梳状尖峰值D_i进行积分，得到

Dint=Σi=1NDi]]>

将D_int与光纤陀螺稳定工作的光功率值进行比较，并根据比较值进行光源驱动电流的控制，进而调节光源的输出光功率。

优选地，所述光纤陀螺的光功率自修正方法还包括对D_int进行滤波处理后，再将D_int与光纤陀螺稳定工作的光功率值进行比较，将比较值输出到光源驱动电路，通过对光源驱动电路中的精密可编程电阻阻值的控制来进行光源驱动电流的控制。