[发明专利]一种抑制光纤陀螺反馈驱动电路频繁复位的滞回方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抑制光纤陀螺反馈驱动电路频繁复位的滞回方法，更特别地说，是指一 种基于斯密特触发器原理的光纤陀螺数字相位阶梯波的滞回复位方法，属于光纤陀螺技术领 域。

背景技术

光纤陀螺是一种基于萨格奈克效应的角速度测量器件，广泛应用于惯性测量领域。目前， 广泛采用的是全数字闭环检测方案，其原理框图如图1所示，主要由光源1、耦合器2、集 成光学相位调制器3、光纤环4、探测器5、放大器6和10、A/D转换器7、数字逻辑芯片 8和D/A转换器9组成。在全数字闭环检测方案中，引入反馈回路产生反馈相移来补偿萨格 奈克相移，使光纤陀螺工作在“零相位”点附近，以获得更大的动态范围和线性度；同时， 全数字闭环检测方案引入偏置调制技术，以获取更好的灵敏度和信噪比，提升光纤陀螺性能， 常用的偏置调制有方波调制和四态调制。

在全数字闭环检测方案中，探测器5获取反馈相移与萨格奈克相移间的误差信号，经放 大器6和A/D转换器7后传输至数字逻辑芯片8，经过解调和累加可以得到反映光纤陀螺 角速度的台阶波信号；累加台阶波信号得到数字相位阶梯波信号，由于阶梯波信号不可能无 限的增加或减少，需要对阶梯波信号进行复位，通常采用寄存器自动溢出的方式来实现，同 时考虑到探测器响应为余弦函数，因此阶梯波信号复位前后的差值应等效于在光纤环中产生 2π整数倍的反馈相移，以避免引入复位误差；阶梯波信号叠加偏置调制信号后形成完整的反 馈驱动信号，经D/A转换器9和放大器10后驱动集成光学相位调制器3产生反馈相移。图 2是以方波偏置调制为例，偏置调制信号、阶梯波信号和反馈驱动信号波形示意图，图中阶 梯波寄存器采用比D/A转换器少1位的降位处理，以保证叠加偏置调制信号后反馈驱动信 号不会自动溢出而复位，这种降位处理同时适用于四态调制技术。

在光纤陀螺的应用中，反馈回路集成光学相位调制器的调制系数会随温度变化发生漂移， 造成反馈系数发生变化，引起2π复位电压不准，参见参考文献[1](光纤陀螺标度因数温度误 差分析与补偿，金靖、张春熹、宋凝芳，《宇航学报》第29卷第1期，2008年)，反馈系数 的漂移将影响标度因数线性度等参数，因此需要对反馈系数进行补偿。常用的模拟补偿方法 是利用额外的D/A转换器来调整反馈回路D/A转换器的参考电压，通过调整反馈回路D/A 转换器的增益系数来实现对反馈系数的补偿；另一种数字调整方案是在数字逻辑芯片中反馈 驱动信号形成后引入数字调整因子来补偿反馈系数，保证反馈系数的稳定。

另一方面，反馈驱动电路与探测器输出间存在着电交叉耦合的问题，等效于在理想数字 阶梯波上叠加一个随机串扰，参见参考文献[2](Closed-loopfiberopticgyros，GeorgeA. Pavlath，《FiberOpticGyros:20thAnniversaryConference》，1986年)和参考文献 [3](FiberOpticGyroscopewithReducedNon-LinearityatLowAngularRates， RobertA.Kovacs，《GuidanceandControl1998》，1998年)，这种随机串扰会影响标 度因数的线性度，尤其是在小转速情况下会引起阶梯波信号频繁复位，如图3所示，反馈驱 动信号频繁地复位将引起死区和导致复位点附近噪声增大。

综上所述，光纤陀螺反馈系数随温度漂移将引起复位误差，同时反馈驱动电路与探测器 输出间的交叉耦合等效为随机串扰，在数字阶梯波复位时引起非线性，光纤陀螺低速转动时 表现为数字阶梯波频繁地复位，加剧复位误差的产生，引起死区和噪声变大。

发明内容

本发明的目的就是解决上述问题，提出了一种抑制光纤陀螺反馈驱动电路频繁复位的滞 回方法。借鉴于斯密特触发器的突变输入-输出滞回特性，可以有效地阻止输入电压出现微小 变化而引起输出电压的变化。斯密特触发器具有两个输入阈值电压，分别称为正向阈值电压 V_TH+和负向阈值电压V_TH-，当输入电压大于正向阈值电压或小于负向阈值电压时输出电压才 会发生变化。