[发明专利]用于消除光载微波陀螺非互易性误差的双向锁频交换方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量技术,尤其涉及一种用于消除光载微波陀螺非互易性误差的双向锁频交换方法。

背景技术

在惯性导航领域，通常采用陀螺仪进行惯性角速度的测量。陀螺仪被广泛应用于空间飞行器、飞机、导弹、潜艇、舰船等制导控制，在军事、工业、科学等领域里的精密测量有重要作用。常见的高精度陀螺仪主要有三种类型：机械陀螺、激光陀螺和光纤陀螺。激光陀螺和光纤陀螺皆为光学陀螺仪，虽然稳定度还不及机械陀螺，但是具有结构紧凑、灵敏度高等特点，目前占据高精度陀螺的大部分市场份额。

光学陀螺检测角速度的原理基于萨格纳克效应。在闭合光路中，由同一光源发出的光需要同时沿顺时针和逆时针方向进行双向传输。由于顺时针和逆时针回路的光路相同，这两束光产生的光程差只源于角度变化。光程差将引起相位差或频率差。通过检测相位或频率差进行角速度检测。

光载微波陀螺同样需要实现双向的微波谐振，从而通过频率差进行角速度检测。目前没有单独的一个放大器可以实现电信号的双向放大，因此需要使用两套装置实现双向的微波谐振。这中间就存在电回路不完全相同的问题，从而引入非互易性误差，降低光载微波陀螺的精度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于消除光载微波陀螺非互易性误差的双向锁频交换方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种双向锁频交换方法，该方法在光载微波陀螺上实现，所述的消除非互易性误差的光载微波陀螺包括：激光器、光分束器、第一电光调制器、第一光耦合器、频率调节器、光纤环形腔、第二光耦合器、第一光电探测器、第一电滤波器、第一微波功分器、第一电放大器、第二电光调制器、第二光电探测器、第二电滤波器、第二微波功分器、第二电放大器、差频检测电路、分频器、标准时间源、鉴相器、低通滤波器、第一2×2光开关、第二2×2光开关。

该方法包括以下步骤：

步骤1：在交换前，激光器输出的光经过光分束器，分为两束光，一束光沿顺时针方向送入第一电光调制器，经过调制后的光进入第一2×2光开关，光通过第一2×2光开关后进入第一光耦合器，从第一光耦合器输出的光经过频率调节器后进入光纤环形腔，从环形腔出射的光再经过第二光耦合器进入第二2×2光开关，然后进入第一光电探测器，将光信号转换成电信号，之后送入第一电滤波器，滤波后的微波电信号送入第一微波功分器，第一微波功分器有两路输出，第一路输出经过电放大器连接到第一电光调制器，形成一个正反馈振荡回路，第二路输出作为RF输出#1送入差频检测电路。

步骤2：光分束器分出的另一束光沿逆时针方向送入第二电光调制器，经过第一2×2光开关，再经过第二光耦合器进入光纤环形腔，从环形腔出射的光再经过频率调节器、第一光耦合器和第二2×2光开关送入第二光电探测器，将光信号转换成电信号，之后送入第二电滤波器，滤波后的微波电信号送入第二微波功分器，第二微波功分器有三路输出，第一路输出经过第二电放大器连接到第二电光调制器，形成另一个正反馈振荡回路，第二路输出作为RF输出#2送入差频检测电路，第三路输出经过分频器分频后同标准时间源一同送入鉴相器，鉴相输出经过低通滤波器后连接到频率调节器，用于调节谐振频率，从而形成一个单向锁频回路。

步骤3：差频检测电路检测出步骤1获得的顺时针方向的谐振微波输出RF#1和步骤2获得的逆时针方向的谐振微波输出RF#2的频率差，记为                                                

步骤4：在交换后，第一2×2光开关和第二2×2光开关同时交换了光的通路。此时顺时针回路的第一电光调制器、第一光电探测器、第一电滤波器、第一微波功分器、第一电放大器变成逆时针回路的组成部分，而逆时针回路的第二电光调制器、第二光电探测器、第二电滤波器、第二微波功分器、第二电放大器、分频器、标准时间源、鉴相器、低通滤波器变成顺时针回路的组成部分。此时，差频检测电路17检测出的频率差，记为。

步骤5：根据步骤3获得的频率差和步骤4获得的频率差获得角速度：

其中，为交换前测量的角速度，为交换后测量的角速度，为光纤环半径，

为光速，为回路长度，为p次谐波。