[发明专利]四轴光纤陀螺仪及其寻北方法

权利要求书

1.一种四轴光纤陀螺仪，其特征在于，包括光源(1)、1×4光纤耦合器(2)、第一2×2光纤耦合器(3)、第二2×2光纤耦合器(4)、第三2×2光纤耦合器(5)、第四2×2光纤耦合器(6)、第一Y波导调制器(7)、第二Y波导调制器(8)、第三Y波导调制器(9)、第四Y波导调制器(10)、第一光纤环(11)、第二光纤环(12)、第三光纤环(13)、第四光纤环(14)、第一探测器(15)、第二探测器(16)、第三探测器(17)、第四探测器(18)、第一减法器(19)、第二减法器(20)、信号处理模块(21)；

其中，所述第一光纤环(11)的敏感轴、第二光纤环(12)的敏感轴、第三光纤环(13)的敏感轴、第四光纤环(14)的敏感轴均在XY水平面内且各敏感轴方向朝外呈放射状均匀分布在圆周上；

所述光源(1)的输出端口接1×4耦合器(2)的输入端口；1×4耦合器(2)的四个输出端口分别接第一2×2耦合器(3)的第一输入端口、第二2×2耦合器(4)的第一输入端口、第三2×2耦合器(5)的第一输入端口、第四2×2耦合器(6)的第一输入端口；第一2×2耦合器(3)的第二输入端口接第一探测器(15)的输入端口；第二2×2耦合器(4)的第二输入端口接第二探测器(16)输入端口；第三2×2耦合器(5)的第二输入端口接第三探测器(17)的输入端口；第四2×2耦合器(6)的第二输入端口接第四探测器(18)的输入端口；第一2×2耦合器(3)的第一输出端口接第一Y波导调制器(7)的输入端口，第一2×2耦合器(3)的第二输出端口处于自由状态；第二2×2耦合器(4)的第一输出端口接第二Y波导调制器(8)的输入端口，第二2×2耦合器(4)的第二输出端口处于自由状态；第三2×2耦合器(5)的第一输出端口接第三Y波导调制器(9)的输入端口，第三2×2耦合器(5)的第二输出端口处于自由状态；第四2×2耦合器(6)的第一输出端口接第四Y波导调制器(10)的输入端口，第四2×2耦合器(6)的第二输出端口处于自由状态；第一调制器(7)的第一输出端口接第一光纤环(11)的第一输入端口，第一调制器(7)的第二输出端口接第一光纤环(11)的第二输入端口；第二调制器(8)的第一输出端口接第二光纤环(12)的第一输入端口，第二调制器(8)的第二输出端口接第二光纤环(12)的第二输入端口；第三调制器(9)的第一输出端口接第三光纤环(13)的第一输入端口，第三调制器(9)的第二输出端口接第三光纤环(13)的第二输入端口；第四调制器(10)的第一输出端口接第四光纤环(14)的第一输入端口，第四调制器(10)的第二输出端口接第四光纤环(14)的第二输入端口；第一探测器(15)的输出端口接第一减法器(19)的第一输入端口，第三探测器(17)的输出端口接第一减法器(19)的第二输入端口；第二探测器(16)的输出端口接第二减法器(20)的第一输入端口，第四探测器(18)的输出端口接第二减法器(20)的第二输入端口；第一减法器(19)的数字输出端口与信号处理模块(21)的第一输入端口相连，第二减法器(20)的数字输出端口与信号处理模块(21)的第二输入端口相连。

2.一种如权利要求1所述的四轴光纤陀螺仪的寻北方法，其特征在于，具体方法如下：

光源(1)发出的光，经过1×4光纤耦合器(2)被分成等状态的四路，每一路均由2×2光纤耦合器、Y波导调制器、光纤环、探测器构成一个独立的Sagnac干涉系统，即第一干涉系统由第一2×2光纤耦合器(3)、第一Y波导调制器(7)、第一光纤环(11)、第一探测器(15)组成，第二干涉系统由第二2×2光纤耦合器(4)、第二Y波导调制器(8)、第二光纤环(12)、第二探测器(16)组成，第三干涉系统由第三2×2光纤耦合器(5)、第三Y波导调制器(9)、第三光纤环(13)、第三探测器(17)组成，第四干涉系统由第四2×2光纤耦合器(6)、第四Y波导调制器(10)、第四光纤环(14)、第四探测器(18)组成；则四路Sagnac干涉系统的输出可以分别表示为：

ω₁＝kω_ecosφcosH+ω₀₁ (1)

ω₂＝kω_ecosφcos(H+90°)+ω₀₂ (2)

ω₃＝kω_ecosφcos(H+180°)+ω₀₃ (3)

ω₄＝kω_ecosφcos(H+270°)+ω₀₄ (4)

式(1)‐(4)中，ω₁为第一干涉系统输出量，ω₂为第二干涉系统输出量，ω₃为第三干涉系统输出量，ω₄为第四干涉系统输出量，k为光纤陀螺标度因数，ω_e是地球坐标系相对惯性坐标系的转动角速度，φ为测量地点所在的地球纬度，H为偏北角，ω₀₁、ω₀₂、ω₀₃、ω₀₄分别为每路Sagnac干涉系统所对应的陀螺漂移，因为在4路Sagnac干涉系统中，选用的器件性能几乎相同，且光路系统是完全对称的，所以认为：

ω₀₁＝ω₀₂＝ω₀₃＝ω₀₄ (5)

第一干涉系统、第三干涉系统的输出端接入第一减法器(19)，第二干涉系统、第四干涉系统的输出端接入第二减法器(20)，得到的两个减法器输出结果如下式：

ω₁-ω₃＝2kω_ecosφcosH (6)

ω₂-ω₄＝2kω_ecosφcosH (7)

将两个减法器的输出结果送入信号处理模块(21)，信号处理模块(21)采集信号并滤波后，可以通过下式解算出偏北角H：