[发明专利]一种用于激光陀螺的自动跟踪抖动控制系统及实现方法

说明书

一种用于激光陀螺的自动跟踪抖动控制系统及实现方法，系统包括：模拟锁相环、加噪电路、驱动电路、谐振腔、抖动轮或者抖动杆、抖动信号检测电路。抖动控制方法包括：调整锁相环中心频率，与常温预先测量的谐振腔固有频率一致；锁相环输出信号加噪后通过驱动电路加载到抖动轮或者抖动杆，使谐振腔抖动在谐振状态，再将检测到的谐振腔抖动信号作为锁相环的输入信号，构成一个闭环系统。由于环境温度、谐振腔老化等原因，谐振腔固有频率发生变化，闭环系统中锁相环能够自动跟踪输入信号，使驱动信号尽可能与谐振腔固有频率一致，处于谐振状态。实现以最小的抖动驱动功率，得到需要的抖动幅度。

技术领域

本发明涉及一种用于激光陀螺的自动跟踪抖动控制系统，在谐振腔固有频率随环境变化时，保证谐振腔抖动基本处于谐振状态，提高抖动驱动频率，降低激光陀螺整体功耗。

背景技术

激光陀螺是一个角速度感应装置，是捷联式惯性导行系统的关键部件。普遍使用的机抖激光陀螺，是通过抖动轮或者抖动杆，对谐振腔外加机械抖动。谐振腔输出的拍频信号包含载体角速度、抖动引起的角速度、地球自转角速度和噪声引起的角速度。采用多种方法，可以提取载体真实角速度，通过这种方法可以消除激光陀螺固有的闭锁效应。若能使外加抖动信号的频率与谐振腔固有频率一致，就能以最小驱动功率获得额定抖动幅度。抖动幅度大小根据激光陀螺输出拍频信号偏频量确定。偏频量是陀螺输出信号的平均频率，随抖动幅度变化而变化。但是，由于环境温度、湿度、谐振腔应力等变化，谐振腔的固有频率随之变化，如何实现抖动驱动信号频率与谐振腔固有频率尽可能接近，出现了多种不同方法，本发明系统及方法能够低成本、高实时性、高可靠性地使抖动驱动信号频率自动跟踪谐振腔的固有频率。

发明内容

本发明目的在于提出一种用于激光陀螺的自动跟踪抖动控制系统及实现方法，在-40°至85°温度范围内，使机抖式激光陀螺谐振腔抖动频率时时刻刻都处于固有频率附近，实现以最小驱动功率，得到抖动幅度满足偏频量要求。

一种用于激光陀螺的自动跟踪抖动控制系统，其特征为由模拟锁相环（PLL-PhaseLocked Loop）、伪随机序列加噪电路、正弦波驱动电路、抖动轮或者抖动杆、抖动信号检测电路构成一个闭环系统，其中，谐振腔固定在抖动轮或者抖动杆上，如图1所示。

自动跟踪抖动控制系统控制方法：采用CD4046模拟锁相环构造一个闭环抖动控制系统，调整锁相环中心频率（压控振荡器VCO中心频率）与谐振腔固有频率一致；锁相环输出正弦信号与伪随机序列叠加后，通过驱动电路加载到抖动轮或者抖动杆上，使谐振腔抖动处于谐振状态；再将检测到的谐振腔抖动信号作为锁相环的输入信号，若谐振腔固有频率有小的变化，该闭环系统会自动跟踪，使抖动频率尽可能与谐振腔固有频率一致。

不同谐振腔固有频率一般分布在280Hz至750Hz之间，采用专门工具提前测定每个谐振腔常温下的固有频率。系统在工作时，当环境温度在-40°至85°变化和（或者）谐振腔老化等原因，谐振腔固有频率变化一般在±12Hz以内。

初始工作状态，锁相环输出正弦波信号，输出频率为锁相环中心频率，输出信号频率与谐振腔固有频率一致，从抖动杆或者抖动轮检测到的信号也为固有频率，锁相环输入信号与反馈信号频率一致，锁相环不用做任何调节。

当谐振腔固有频率缓慢变化时，检测电路检测到变化后的谐振腔抖动输出信号，将其作为锁相环输入，锁相环跟踪输入信号频率变化，输出频率接近变化后的固有频率，使谐振腔抖动处于谐振状态或者亚谐振状态。谐振腔变化后的固有频率与常温时固有频率相差比较小时（±6Hz以内），抖动处于谐振状态；变化比较大时，抖动处于亚谐振状态。-40°或者+85°最恶劣条件下，抖动频率与谐振腔实际固有频率误差最大不超过2Hz。