[发明专利]一种实现光路差分的双干涉式光纤陀螺仪调制解调方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于光路差分的双干涉式光纤陀螺仪调制解调方法，属于光纤陀螺技术领域。

背景技术

光纤陀螺作为发展极为迅速的一种新型惯性角速度传感器，以其特有的技术和性能优势，如全固态结构、可靠性高、寿命长；启动速度快，响应时间短；测量范围大，动态范围宽；抗冲击、振动，耐化学腐蚀；体积小、重量轻、成本低；适合大批量生产等，已经广泛用于各领域。

国际上通用的光纤陀螺形式为单干涉式，即利用一套光路（一个保偏光纤环）的快轴或者慢轴实现SAGNAC干涉仪，通过分别按照顺时针（CW）、逆时针（CCW）传播的两束主波列之间的干涉来解算载体转动导致的SAGNAC相移。这种干涉仪虽然结构简单，但是随着光纤陀螺应用领域的不断扩展，其体积、重量与精度之间的矛盾日益突出，以现有的技术和工艺水平，在维持精度的前提下，进一步减小体积、重量很难实现突破，反之亦然。

差分双干涉式光纤陀螺仪是在一套光路（一个保偏光纤环）中，利用其快轴和慢轴分别实现一个SAGNAC干涉仪，这两路干涉仪的输出呈现差分形式，经过差分解算以后，SAGNAC效应得到加倍。目前，差分双干涉式光纤陀螺仪采用的是电路差分检测方案，由于差分双干涉式光纤陀螺仪的互易性建立在精确差分的基础上，所以为了保证陀螺的互易性，需要保证两路检测电路的参数一致性，而这在实际中是很难实现的，这就会使得差分双干涉式光纤陀螺抑制环境扰动的能力下降。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种基于光路差分的双干涉式光纤陀螺调制解调方法，可以实现差分双干涉式光纤陀螺的高精度光路差分检测。

本发明提供的调制解调方法，具体为：

第一探测器和第二探测器接收偏振分束器输出端的光信号，将保偏光纤快、慢轴中的光信号分别转换成电信号，分别经放大滤波处理后输入到两个A/D转换器中，分别经过A/D转换器转换为数字信号，输入FPGA。FPGA实现数字信号的解调和调制器控制信号的生成，生成的调制器控制信号通过D/A转换器转化为模拟信号，再经过调制器驱动进行信号调整后驱动双折射式相位调制器，利用双折射式相位调制器对不同偏振态光波的不同调制，实现第一路陀螺A的闭环检测，同时将第一路陀螺A的检测结果利用双折射调制器反馈回第二路陀螺B，将其从第二路陀螺B的输出信号中减去，此时第二路陀螺B的解算结果(由FPGA给出)即为完成了光路差分后的最终输出。

一种基于光路差分的双干涉式光纤陀螺调制解调方法的实现装置，包括偏振分束器、第一探测器、第二探测器、双折射相位调制器、A/D转换器A、A/D转换器B、放大滤波单元A、放大滤波单元B、FPGA、D/A转换器和调制器驱动；

偏振分束器两个输出端分别与第一探测器的输入端和第二探测器的输入端相连，第一探测器的输出端与放大滤波单元A的输入端相连，第二探测器的输出端与放大滤波单元B的输入端相连，放大滤波单元A的输出端与A/D转换器A的输入端相连，放大滤波单元B的输出端与A/D转换器B的输入端相连，A/D转换器A的输出端和A/D转换器B的输出端分别与FPGA的输入端相连，FPGA的输出端与D/A转换器的输入端相连，D/A转换器的输出端与调制器驱动的输入端相连，调制器驱动的输出端与双折射相位调制器输入端相连，双折相位射调制器连入光纤环的一端。最后，解调出的差分转速信号由FPGA给出。

本发明的优点：

（1）实现了基于光路差分的双干涉式光纤陀螺的调制解调方法，相较于传统的电路差分方法，差分检测精度更高，可以更精确的消除光路中存在的固有相位差及其环境漂移；

（2）降低了对电路一致性的要求，提高了差分型双干涉光纤陀螺的互易性。

附图说明

图1是基于光路差分的双干涉式光纤陀螺调制解调方法及实现装置结构框图；

图2a是同一时刻顺、逆时针光波对应的方波调制波形；

图2b是同一时刻顺、逆时针光波对应的直流调制波形；

图3是在双折射相位调制器上施加的调制波形；

图4是方波调制信号施加反馈电压波形；

图5是第一探测器处干涉光强与调制相位关系（负责闭环）；

图6是第二探测器处干涉光强与调制相位关系（负责相位解算）；

图7是FPGA中信号解算处理流程图。

图中：

1-偏振分束器           2-第一探测器            3-第二探测器