[发明专利]一种基于逆解调的干涉式光纤陀螺光功率在线监控方法

说明书

本发明公开了一种基于逆解调的新型干涉式光纤陀螺光功率在线监控方法，其中逆解调即为光纤陀螺角速率解调的逆向过程，是将相邻两个解调周期内的角速率解调值进行累加，并以此积分，得到逆解调值的过程；经过对逆解调值的拟合标定后，即可获取光纤陀螺当前光功率信息。本发明首次提出了逆解调的概念，剔除了传统功率监控方法中所引入的额外硬件电路与复杂检测程序，实现了在原有陀螺电路系统内直接计算提取光功率信息的设想，完成了可靠有效的空间用光纤陀螺状态在线监控方法的优化，提高了轻小型干涉式光纤陀螺的空间应用进一步拓展的可能性。

技术领域

本发明属于光纤陀螺技术领域，具体来说，是一种基于逆解调的干涉式光纤陀螺光功率在线监控方法。

背景技术

干涉式光纤陀螺凭借着其测量精度高、灵敏度好、动态范围大、体积小、重量轻、寿命长、易集成等特点，广泛应用于军事和民用领域，在导弹制导、卫星导航、姿态控制等方向都起着重要的作用，近年来已经成为全世界的研究热点。如图1所示，是典型的干涉式光纤陀螺的结构示意图，主要包括光源、分束器、相位调制器、敏感光纤环、探测器和信号处理装置。

与地面环境下使用的光纤陀螺不同，卫星用光纤陀螺在太空环境下会长期受到辐照、高温等恶劣环境的影响，因此更容易造成器件损伤、光功率下降等情况的发生，严重影响陀螺性能，甚至使陀螺失效而导致卫星导航与姿态控制的失调。因此，空间用光纤陀螺一般会进行冗余设计，比如四轴光纤陀螺中，包含有四个轴向陀螺并且共用两个光源，其中一个轴向陀螺与其中一个光源是用于冗余备份，这样的结构大大增加了光纤陀螺在空间中应用的可靠性，因此对于空间用光纤陀螺的状态监控具有十分重要的意义。光功率是光纤陀螺监控状态中的一个十分重要的参数，首先光功率影响光纤陀螺的随机游走系数稳定性；其次，光功率的监控值是故障诊断的重要标志，更是在故障模式下陀螺冗余光源切换的关键判断条件；再者，光纤陀螺需要利用光功率监控值对由于环境等因素引起的光源漂移进行补偿，以确保陀螺在空间等复杂环境下的稳定工作。所以，光功率监控对光纤陀螺尤其是空间用光纤陀螺是十分必要的。

现阶段，最常用的空间用光纤陀螺光功率监控方法有两种，如图2所示。图中方法①直接在耦合器一端的尾纤处增加光电探测器及其相关电路进行光功率探测，将光功率信息传送至数字信号处理模块中处理；方法②是在光纤陀螺本身的探测器输出端，引出另外一路信号，利用信号中的直流分量值进行光功率监控。这两种方法均实现简单而且精度较高，但随着空间技术以及小型化飞行器技术的不断发展，对空间用光纤陀螺的体积、功耗、重量都提出了更高的要求，这两种外加检测电路的方法增加了额外的检测电路，提高了检测电路的功耗、体积与成本，不符合空间用光纤陀螺的小体积、低功耗的设计要求，其所产生的附加效应制约着空间用轻小型光纤陀螺的性能发展。

发明内容

为了解决上述问题，本发明在传统光纤陀螺光功率在线监控方法会引入额外的检测电路及复杂检测程序，不符合轻小型空间用光纤陀螺低功耗、小体积、低成本要求的基础上，提出了一种不增加额外器件、电路以及复杂冗余程序的新型光功率在线监控方法，即通过对光纤陀螺解调信号的逆解调处理，实现对光纤陀螺光功率的监控。

本发明是一种新型干涉式光纤陀螺光功率在线监控方法，首次提出了逆解调的概念，即将相邻两个τ周期用于角速率解调的解调采样值相加得到逆解调值，积分得到光功率检测信息；陀螺闭环稳定时相邻两个τ周期的角速率解调采样值分别为：

其中，I₀是光功率；η为光电探测器转换系数；R_i为跨阻值；K_A为运算放大器的增益系数；t_g是脉冲展宽的时间宽度；τ_RC是RC滤波电路的时间常数，且t_g＜τ_RC＜τ；N_i、N_i+1分别为两个τ内的采样点数，分别为两个周期内第n个采样点与其各自信号尖峰点的时间间距。