[发明专利]一种光纤陀螺仪中的光源相对强度噪声抑制方法

说明书

本发明公开了一种光纤陀螺仪中的光源相对强度噪声抑制方法。本方法为：1)对接收到的干涉信号和参考信号进行功率均衡；其中，干涉信号为光纤陀螺仪输出的干涉信号，参考信号为光纤陀螺仪中的光源的信号；2)计算功率均衡后的干涉信号的各次谐波分量，计算功率均衡后的参考信号的各次谐波分量；3)对干涉信号和参考信号的奇次谐波分量进行加法运算，对干涉信号和参考信号的偶次谐波分量进行减法运算，得到噪声补偿后的光纤陀螺输出信号的各次谐波分量；4)对经过噪声补偿后的输出信号进行多谐波解调。本发明可以达到良好的光源相对强度噪声补偿效果，实现较高的陀螺精度和稳定度。

技术领域

本发明属于陀螺仪技术领域，具体涉及一种在开环干涉式光纤陀螺仪中应用的光源相对强度噪声的抑制方法。

背景技术

光纤陀螺仪是一种敏感角速率的光纤传感器，随着该技术的不断发展，光纤陀螺仪已经在军事及商业领域取得了显著的产业化成果。干涉式光纤陀螺仪作为光纤陀螺技术中最成熟的代表，在导航制导、姿态控制等应用场景中都有着极其广泛的应用。

降低光纤陀螺中的噪声、提高信噪比是提高光纤陀螺检测灵敏度的重要方式。在其噪声的主要来源中，热噪声是由光纤的折射率热涨落而引起的相位噪声，与光功率无关，可以通过在光纤陀螺本征频率处进行解调而得到抑制；光子散粒噪声是光子转换为电子时产生的随机噪声，与光功率成正比；光源相对强度噪声是光源输出能量的振荡，是由于宽谱光源各频率分量之间的拍频引起的随机噪声，与光功率平方成正比，也是目前高精度光纤陀螺中最主要的噪声。

干涉式光纤陀螺的主要性能指标包括零偏稳定性、标度因数、随机游走系数、动态范围和带宽这5个方面。其中，零偏稳定性通常定义为在一定平均时间下光纤陀螺输出角速率的标准偏差1σ，由光纤陀螺静态输出中的漂移和噪声共同决定；随机游走系数是表征光纤陀螺中白噪声大小的一项重要特征参数，其物理意义为在光纤陀螺中仅有白噪声的情况下，尽管不同带宽要求下测得的陀螺输出的1σ不同，但其随机游走系数不变：

其中，RWC代表随机游走系数，其单位为σ_Ω(T)为检测时间T内的标准偏差，B_e＝1/T为检测带宽。在一定范围内，光纤陀螺的信噪比越高，随机游走系数越小，因此提高光源输出功率是提高信噪比、降低RWC的有效办法。当光功率增大到一定值时，光源相对强度噪声逐渐成为噪声中的最主要成分。

在使用宽谱光源的高精度光纤陀螺中，噪声主要来自于光子散粒噪声和光源相对强度噪声，根据公式(1)，可将等式近似为：

其中，σ_shot表示光子散粒噪声标准差，σ_RIN表示光源相对强度噪声，h为普朗克常量，P为探测器接收到的光功率。表1是偏置工作点处探测器接收光功率大小与光纤陀螺检测灵敏度受噪声种类限制的关系。

表1.光纤陀螺仪检测精度噪声受限情况

目前导航级别的光纤陀螺使用的宽谱光源其输出光功率通常10mW，即使考虑到光路上的损耗，达到光电检测器的功率仍10μW，因此抑制光源相对强度噪声对高精度光纤陀螺的灵敏度提高具有非常重要的意义。

在高精度光纤陀螺的光源相对强度噪声抑制办法中，通常采用光路或电路两种办法进行补偿，利用耦合器另一端的参考信号提取出光源噪声信息，与原测量信号进行抵消运算，从而抑制测量信号中的光源相对噪声成分，其特点是光纤陀螺采用闭环结构并采用方波调制，能较好地降低光源相对强度噪声的影响，但也造成了较高的成本，在较高精度的开环陀螺中无法很好应用和推广。

发明内容