[发明专利]一种抑制尖峰脉冲不对称性的数字闭环光纤陀螺电路

说明书

本发明涉及一种抑制尖峰脉冲不对称性的数字闭环光纤陀螺电路，包括光源、探测器、耦合器、Y波导光学器件、光纤环圈、锁定放大器、信号发生器、伺服反馈电路；所述光源、探测器与耦合器相连接，该耦合器通过Y波导光学器件与光纤环圈相连接，锁定放大器输通过伺服反馈电路与Y波导光学器件相连接，所述信号发生器输出端分别与锁定放大器及Y波导光学器件相连接，其主要技术特点是：所述探测器通过数控积分器与锁定放大器相连接。本发明在探测器与锁定放大器之间设有数控积分器，实现了切换积分器在不同工作模式下的转换，达到采样保持的作用，解决了尖峰不对称性对陀螺零偏输出的影响的问题，提高了陀螺的精度。

技术领域

本发明属于光纤陀螺技术领域，尤其是一种抑制尖峰脉冲不对称性的数字闭环光纤陀螺电路。

背景技术

由于光纤陀螺环圈的本征频率会随温度等因素而产生偏移，以及在调制解调过程中，产生方波的数字电路存在回扫时间等问题，会在探测器端产生不对称的尖峰脉冲。这种不对称的尖峰脉冲不仅限制了我们对前级放大器的选择，还会将谐波干扰带入数据采集过程中，造成陀螺的输出误差。

目前实际采用的闭环光纤陀螺方案如图1所示，伺服反馈环节产生一个与环圈转动角速度相等的相位差这样不管旋转角速率是多少，干涉光波之间的总相位差始终为常值满足这一条件所引入的反馈相移作为闭环陀螺仪的输出。由于测量的是与旋转速率成线性比例的Sagnac相移，闭环陀螺对旋转速率的响应也基本上是线性的。这也就造成了闭环光纤陀螺相较开环光纤陀螺的一个较大的优势：角速率测量范围大，输出线性度好。

在闭环光纤陀螺系统中，我们往往采用两态方波(四态方波)作为载波进行调制。假设方波的幅值为V_m(t)，两束光波在不同时间受到一个相位调制

式中：m＝0,1,2…。由于方波的调制频率为环圈的本征频率f₀＝1/2τ，因此，偏置调制产生的两束反向传播光波之间的相位差为：

上述方波偏置调制信号施加到光纤陀螺中，在方波调制周期的两个相邻半周期上，光纤陀螺依次工作在此时陀螺的输出为：

其中，为转动信号产生的非互易相移，为阶梯波产生的非互易相移。

在闭环反馈系统中，因此我们看到探测器输出的波形应该是一条直线，并且每隔τ的时间就会产生一个向上的“刺”，在这我们称之为尖峰脉冲，如图2所示。

探测器输出的尖峰脉冲才会是非对称波形，这种非对称的尖峰脉冲产生的谐波干扰才会对数字离散采样造成干扰。

尖峰脉冲的幅值要远大于解调信号的幅值。经探测器输出的信号是十分微弱的，在设计调制解调电路的时候，前级是要加入运算放大器对信号进行放大。对于放大器而言，为了获得最佳的信噪比，放大倍数不宜选择过低。而尖峰脉冲经过放大倍数“过高”的放大器后，会造成信号畸变并耦合进采样周期中的“平坦”部分，从而削弱信号的有用部分。这就限制了我们对前级放大器放大倍数的选择。即使我们选择的放大器放大倍数合适，未达到放大器的增益饱和区，但是尖峰脉冲不对称性造成的谐波干扰也已经耦合进了信号的有用部分，从而造成陀螺输出的误差。

综上所述，如何消除尖峰脉冲对陀螺输出的影响并从根本上抑制了尖峰脉冲不对称性对光纤陀螺零偏输出的影响使目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目地在于克服现有技术的不足，提出一种抑制尖峰脉冲不对称性的数字闭环光纤陀螺电路，解决尖峰不对称性对陀螺零偏输出的影响的问题。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：