专利名称：一种光纤陀螺仪的萨格奈克相移跟踪方法
技术领域：
本发明属于光纤传感领域，特别涉及一种光纤陀螺仪的萨格奈克相移跟踪方法。
背景技术：
光纤传感技术是被广泛关注的新型传感技术，作为光纤传感领域最重要的成就之一，光纤陀螺目前被广泛的研究和应用。光纤陀螺是基于萨格奈克效应的角速度测量仪，有多种可能的工作模式，如谐振式、干涉式、慢光方式等等，目前技术比较成熟并能够投入大规模使用的光纤陀螺仪是干涉式光纤陀螺仪。干涉式光纤陀螺仪有两种基本结构开环结构和闭环结构。开环光纤陀螺直接检测光路中的萨格奈克相移，所以系统的工作点随输入角速度而改变；闭环光纤陀螺通过反馈回路抵消光路中的萨格奈克相移，而将反馈信号作为检测信号，所以系统的工作点不随输入角速度而改变。基于这样的工作原理，这两类光纤陀螺仪都有各自的优点和不足相较之下，闭环光纤陀螺仪的突出优势是更高的标度因数稳定性、 更大的动态范围和更小的漂移；开环光纤陀螺仪由于没有使用反馈回路而具有更好的抗温度冲击、机械冲击、机械振动特性，更好的抗电磁干扰能力，更高的可靠性以及更低的生产和使用维护成本。参考文献张桂才，光纤陀螺原理与技术，国防工业出版社，2008。随着微电子技术和软件工程技术的高速发展，信号处理技术应运而生并得到了迅速的发展。本发明提出一种应用于光纤陀螺探测器后端的信号处理方法，在开环光纤陀螺上使用该技术，开环光纤陀螺的动态范围可达到闭环光纤陀螺仪的水平。基于该技术，可衍生出同时拥有开环和闭环光纤陀螺优势的新一代光纤陀螺。开环光纤陀螺仪的基本结构示意图如
图1所示，�？�5探测器输出的探测信号为
权利要求
1.一种光纤陀螺仪的萨格奈克相移跟踪方法，其中所述光纤陀螺仪为激光光源经耦合器1与一偏振器连接，所述偏振器经一耦合器2与一光纤环连接，所述光纤环与所述耦合器2之间连接一调相器，所述耦合器1另一端口与一探测器连接且所述探测器与所述激光光源位于所述耦合器1的同一侧，所述探测器的输出端依次经一滤波及模数转换�？�、信号处理�？�、数模转换模块与所述调相器的控制端连接；其步骤为1)对k= 0时刻采集的探测信号进行滤波解调，得到k = 0时刻探测信号的一次谐波解调信号S1(O)和二次谐波解调信号；其中，k为采样时刻；2)根据S1(0)、S2 (0)计算得到k = 0时刻光纤陀螺的萨格奈克相移代(0)，并初始化一相位偏置参数PB的初始值为0 ；3)对后续k时刻采集的探测信号进行滤波解调，得到当前时刻的一次谐波解调信号 S1GO、二次谐波解调信号；并根据S1GO、以及前一时刻的一次谐波解调信号 S1(Ic-I)、二次谐波解调信号，确定当前时刻的萨格奈克相移％(^值。
2.如权利要求ι所述的方法，其特征在于所述确定当前时刻的萨格奈克相移值的方法为a)首先判断3^1^-1)4(1^-1)5^104(10是否小于0；如果小于0，则进行步骤b)；否则直接输出萨格奈克相移测量值
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述确定当前时刻的萨格奈克相移％值的方法为a)首先判断S1(k-1) S2 (k-1) S1 (k) S2 (k)是否小于0 ；如果小于0，则进行步骤b)，否则， 进行步骤c)；b)如果S^k) S2 (k-1)-S2 (^S1 (k-1)大于 0，则当 S1 (k-1) S2 (k-1)大于 0 时， 将参数PB更新为ΡΒ+π，然后输出
4.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于根据公式
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述探测器输出端经一放大器与所述滤波及模数转换�？榈氖淙攵肆�。
6.一种光纤陀螺仪的萨格奈克相移跟踪方法，其中所述光纤陀螺仪为激光光源经耦合器1与一偏振器连接，所述偏振器经一耦合器2与一光纤环连接，所述光纤环与所述耦合器2之间连接一调相器，所述耦合器1另一端口与一探测器连接且所述探测器与所述激光光源位于所述耦合器1的同一侧，所述探测器的输出端与一滤波器输入端连接，所述滤波器的输出端分别与一次谐波解调�？�、二次谐波解调�？榈氖淙攵肆樱淮涡巢ń獾髂？�、二次谐波解调模块的输出端均经一模数转换�？橛胍恍藕糯砟？榱樱凰龅飨嗥�、 一次谐波解调�？榈目刂贫朔直鹩胍徽竦雌鞯氖涑龆肆樱凰龆涡巢ń獾髂？榈目刂贫司� 90°相移及倍频�？橛胨稣竦雌鞯氖涑龆肆樱黄洳街栉�1)对k= 0时刻采集的探测信号进行滤波解调，得到k = 0时刻探测信号的一次谐波解调信号S1(O)和二次谐波解调信号；其中，k为采样时刻；2)根据S1(0)、S2 (0)计算得到k = 0时刻光纤陀螺的萨格奈克相移代(0)，并初始化一相位偏置参数PB的初始值为0 ；3)对后续k时刻采集的探测信号进行滤波解调，得到当前时刻的一次谐波解调信号 S1GO、二次谐波解调信号；并根据S1GO、以及前一时刻的一次谐波解调信号 S1(Ic-I)、二次谐波解调信号，确定当前时刻的萨格奈克相移代值。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述确定当前时刻的萨格奈克相移值的方法为a)首先判断3^1^-1)4(1^-1)5^104(10是否小于0；如果小于0，则进行步骤b)；否则 直接输出萨格奈克相移测量值
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述确定当前时刻的萨格奈克相移值的方法为a)首先判断S1(k-1) S2 (k-1) S1 (k) S2 (k)是否小于0 ；如果小于0，则进行步骤b)，否则， 进行步骤c)；b)如果S^k) S2 (k-1)-S2 (^S1 (k-1)大于 0，则当 S1 (k-1) S2 (k-1)大于 0 时， 将参数PB更新为ΡΒ+π，然后输出
9.如权利要求6或7或8所述的方法，其特征在于根据公式
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述探测器输出端经一放大器与所述滤波器的输入端连接。
全文摘要
本发明公开了一种光纤陀螺仪的萨格奈克相移跟踪方法，属于光纤传感领域。本方法为1)对k＝0时刻采集的探测信号进行滤波解调，得到k＝0时刻探测信号的一、二次谐波解调信号S1(0)和S2(0)；2)根据S1(0)、S2(0)计算得到k＝0时刻光纤陀螺的萨格奈克相移(0)，并初始化一相位偏置参数PB的初始值为0；3)对后续k时刻采集的探测信号进行滤波解调，得到当前时刻的一、二次谐波解调信号S1(k)和S2(k)；并根据S1(k)、S2(k)以及前一时刻的一次谐波解调信号S1(k-1)、二次谐波解调信号S2(k-1)，确定当前时刻的萨格奈克相移(k)值。本发明能够大大提高光纤陀螺的动态范围、精度和比例因子线性度。
文档编号G01C19/72GK102183249SQ20111006198
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月15日 优先权日2011年3月15日
发明者杨川川, 王子宇 申请人:北京大学
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