一種電路方案的高精度閉環(huán)光纖陀螺光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲抑制方法
【專利摘要】一種電路方案的高精度閉環(huán)光纖陀螺光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲抑制方法,首先參考信號(hào)通道采集光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)，陀螺信號(hào)通道同步采集該電壓的交流信號(hào)（含有陀螺敏感轉(zhuǎn)速信號(hào)、光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲），兩路信號(hào)進(jìn)行相減得到直流信號(hào)（含光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲），對(duì)此直流信號(hào)中的交流成分即光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲和陀螺交流信號(hào)進(jìn)行差分運(yùn)算，可以有效減小陀螺敏感的轉(zhuǎn)速信號(hào)中的相對(duì)強(qiáng)度噪聲。
【專利說(shuō)明】一種電路方案的高精度閉環(huán)光纖陀螺光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高精度閉環(huán)光纖陀螺光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在光纖陀螺儀中，噪聲極限是探測(cè)器噪聲，它決定了陀螺的最小可檢測(cè)靈敏度。陀螺儀的噪聲在一般情況下即所謂的隨機(jī)游走，反映的是陀螺輸出的角速率積分(角度)隨時(shí)間的不確定性(角隨機(jī)誤差)。由于光纖陀螺的隨機(jī)游走是經(jīng)過(guò)它的標(biāo)度因數(shù)標(biāo)定過(guò)的，因此它實(shí)際上由相位檢測(cè)過(guò)程的信噪比而非單純的探測(cè)器噪聲決定，也即陀螺信噪比越高，隨機(jī)游走越小。光纖陀螺儀的信噪比直接受到耦合至干涉光路的光強(qiáng)度的影響。在以往的光纖陀螺方案中，比如采用半導(dǎo)體激光器(受散粒噪聲限制)，通過(guò)最大限度的提高耦合到光路中光強(qiáng)來(lái)提高信噪比。但是采用摻鉺光纖光源的高精度光纖陀螺中，超熒光光纖光源的相對(duì)強(qiáng)度噪聲(RIN)限制了這種方法的應(yīng)用。
[0003]光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲是目前空間用高精度光纖陀螺的主要噪聲來(lái)源之一，這種噪聲是由于光源各光譜分量的混疊而引起的噪聲，在探測(cè)器中會(huì)產(chǎn)生一種隨機(jī)的“拍”現(xiàn)象而導(dǎo)致光功率隨機(jī)波動(dòng)，從而在探測(cè)器電流中引入一個(gè)額外噪聲項(xiàng)。在采用光功率較大的摻鉺光源的光纖陀螺中，這種噪聲是限制陀螺理論精度的主要因素之一。
[0004]因此抑制超熒光光纖光源中的相對(duì)強(qiáng)度噪聲就成為提高光纖陀螺儀精度的必經(jīng)之路。目前抑制這種超熒光光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲的方案，主要由以下幾種方案，第一種為采用過(guò)調(diào)制技術(shù)，光纖陀螺的信號(hào)與偏置工作點(diǎn)的檢測(cè)靈敏度成正比，光源強(qiáng)度噪聲與偏置工作點(diǎn)的光功率成正比，采用過(guò)調(diào)制技術(shù)將偏置調(diào)制的峰值相位介于π/2?π之間，降低偏置工作點(diǎn)的光功率，以減少光源強(qiáng)度噪聲的影響，這種技術(shù)目前已普遍應(yīng)用到陀螺技術(shù)中；第二種為光強(qiáng)內(nèi)調(diào)制法，通過(guò)控制激光器的注入電流來(lái)實(shí)現(xiàn)，它的實(shí)現(xiàn)方式是采用一個(gè)附加光路經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換提取光源的相對(duì)強(qiáng)度噪聲加載到激光器的注入電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲的抑制，該方案對(duì)噪聲提取電路的相位、增益要求比較苛刻；第三種為光強(qiáng)外調(diào)制法，在光源的出射光處加入強(qiáng)度調(diào)制器，然后將光路分成兩路，其中一路為陀螺光路，另一路光路經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換提取相對(duì)強(qiáng)度噪聲反饋到強(qiáng)度調(diào)制器，通過(guò)對(duì)強(qiáng)度調(diào)制器的控制抑制相對(duì)強(qiáng)度噪聲，該方案同樣存在第二種方案的問(wèn)題，而且強(qiáng)度調(diào)制器的偏置工作點(diǎn)隨時(shí)間會(huì)有一定漂移，所以通常還需要對(duì)強(qiáng)度調(diào)制器設(shè)計(jì)專門(mén)的控制電路；第四種為光路電路相結(jié)合的電路相減方式，利用兩個(gè)探測(cè)器分別探測(cè)經(jīng)過(guò)陀螺光纖線圈的光信號(hào)和光源的出射光，利用兩路信號(hào)光具有相關(guān)性，通過(guò)時(shí)間延遲使兩路光實(shí)現(xiàn)同相的要求，利用減法器將經(jīng)過(guò)處理的第二路信號(hào)從陀螺輸出中減掉，從而衰減掉陀螺信號(hào)的附加強(qiáng)度噪聲，但是參考光信號(hào)的延遲處理及電路板上的噪聲抑制通道和陀螺信號(hào)采集通道引入噪聲盡量相同的控制上實(shí)現(xiàn)比較困難。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是:是對(duì)同一探測(cè)器輸出信號(hào)進(jìn)行不同的處理，因此不存在時(shí)間延遲的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)及調(diào)試相對(duì)簡(jiǎn)單，可以有效消除光源相對(duì)噪聲，且陀螺信號(hào)解調(diào)與抑制相對(duì)強(qiáng)度噪聲的解算模塊都通過(guò)解調(diào)模塊實(shí)現(xiàn)，一方面使得電路結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，使電路可靠性得到提高，另一方面可以方便的進(jìn)行電路的調(diào)試，同時(shí)增加了電路的可移植性。
[0006]本發(fā)明技術(shù)解決方案:一種電路方案的高精度閉環(huán)光纖陀螺光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲抑制方法，其特征包括下列步驟:
[0007](I)利用信號(hào)發(fā)生器輸出固定信號(hào)作為陀螺輸入信號(hào)，測(cè)量陀螺信號(hào)采集通道和參考信號(hào)采集通道輸出數(shù)值，計(jì)算輸出值和輸入值的比值得到各自采集通道的增益值；
[0008](2)接入陀螺光路部分，陀螺信號(hào)通道對(duì)探測(cè)器轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)的交流部分進(jìn)行采集，得到包含相對(duì)強(qiáng)度噪聲的陀螺信號(hào)；
[0009](3)參考信號(hào)通道對(duì)探測(cè)器轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)進(jìn)行采集，必須保證陀螺信號(hào)和參考信號(hào)通道各自采集信號(hào)的相位一致性，便于在噪聲信號(hào)消除模塊中對(duì)參考信號(hào)和包含噪聲的陀螺信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理后得到包含有直流信號(hào)和光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲的信號(hào)；
[0010](4)采集直流信號(hào)(含有光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲)中的交流成分，即光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲；
[0011]( 5 )在噪聲信號(hào)消除模塊中將含有相對(duì)強(qiáng)度噪聲的陀螺信號(hào)和光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲進(jìn)行相減，得到去除光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲后的陀螺信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲的抑制。
[0012]所述步驟(I)中，陀螺信號(hào)通道和參考信號(hào)通道的增益相同，以確保兩路信號(hào)中相對(duì)強(qiáng)度噪聲幅度的一致性，最大限度消除相對(duì)強(qiáng)度噪聲。
[0013]所述陀螺信號(hào)通道和參考信號(hào)通道在電子元器件的種類、批次以及電參數(shù)的設(shè)計(jì)上盡量保持一致，以確保兩個(gè)通道增益一致。
[0014]所述步驟(2)和步驟(3)中，對(duì)參考信號(hào)通道和陀螺信號(hào)通道的采集同步設(shè)計(jì)，以確保參考信號(hào)和陀螺信號(hào)相位的一致性。
[0015]所述同步設(shè)計(jì)是指利用同一時(shí)序控制參考信號(hào)通道和陀螺信號(hào)通道的采集時(shí)序，以確保兩個(gè)通道的同步。
[0016]現(xiàn)有數(shù)字閉環(huán)光纖陀螺工作原理(如圖1所示)，光源的出射光經(jīng)耦合器分光，一束作為陀螺光路，另一束為空端，經(jīng)Y波導(dǎo)進(jìn)入光纖線圈運(yùn)行一圈后返回Y波導(dǎo)時(shí)產(chǎn)生干涉，該干涉光經(jīng)耦合器進(jìn)入光電探測(cè)器，經(jīng)光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再信號(hào)處理電路進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，得到陀螺輸出信號(hào)及調(diào)制反饋信號(hào)。
[0017]本發(fā)明的原理為:利用探測(cè)器輸出信號(hào)的直流信號(hào)及交流信號(hào)中含有相同的光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲，通過(guò)對(duì)探測(cè)器輸出整體信號(hào)和探測(cè)器輸出交流信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理得出光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲信號(hào)，再利用交流信號(hào)和光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理得出陀螺有用信號(hào)來(lái)消除光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲。如圖4所示。圖中為光源的輸出光功率表達(dá)式Itl+σ (t)，10是平均光功率，σ (t)代表輸出光中的相對(duì)強(qiáng)度噪聲功率；G1和G2分別表示陀螺信號(hào)通道、參考信號(hào)通道的增益，H表示光電探測(cè)器光電轉(zhuǎn)換的增益。
[0018]以下逐點(diǎn)分析電路相減方法的抑噪過(guò)程。參考圖2，參考信號(hào)通道、陀螺信號(hào)通道
各點(diǎn)的信號(hào)表達(dá)式為:
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種電路方案的高精度閉環(huán)光纖陀螺光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲抑制方法，其特征包括下列步驟: (1)利用信號(hào)發(fā)生器輸出固定信號(hào)作為陀螺輸入信號(hào)，測(cè)量陀螺信號(hào)采集通道和參考信號(hào)采集通道輸出數(shù)值，計(jì)算輸出值和輸入值的比值得到各自采集通道的增益值； (2)接入陀螺光路部分，陀螺信號(hào)通道對(duì)探測(cè)器轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)的交流部分進(jìn)行采集，得到包含相對(duì)強(qiáng)度噪聲的陀螺信號(hào)； (3)參考信號(hào)通道對(duì)探測(cè)器轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)進(jìn)行采集，必須保證陀螺信號(hào)和參考信號(hào)通道各自采集信號(hào)的相位一致性，便于在噪聲信號(hào)消除模塊中對(duì)參考信號(hào)和包含噪聲的陀螺信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理后得到包含有直流信號(hào)和光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲的信號(hào)； (4)采集直流信號(hào)(含有光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲)中的交流成分，即光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲； (5)在噪聲信號(hào)消除模塊中將含有相對(duì)強(qiáng)度噪聲的陀螺信號(hào)和光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲進(jìn)行相減，得到去除光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲后的陀螺信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲的抑制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電路方案的高精度閉環(huán)光纖陀螺光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲抑制方法，其特征在于:在所述的步驟(I)中，兩路信號(hào)通道的增益保持相同，以確保兩路信號(hào)中相對(duì)強(qiáng)度噪聲幅度的一致性，可以最大限度消除相對(duì)強(qiáng)度噪聲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述電路方案的高精度閉環(huán)光纖陀螺光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲抑制方法，其特征在于:所述陀螺信號(hào)通道和參考信號(hào)通道在電子元器件的種類、批次以及電參數(shù)的設(shè)計(jì)上盡量保持一致，以確保兩個(gè)通道增益一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述電路方案的高精度閉環(huán)光纖陀螺光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲抑制方法，其特征在于:所述步驟(2)和步驟(3)中，對(duì)參考信號(hào)通道和陀螺信號(hào)通道的采集同步設(shè)計(jì)，以確保參考信號(hào)和陀螺信號(hào)相位的一致性。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述電路方案的高精度閉環(huán)光纖陀螺光源相對(duì)強(qiáng)度噪聲抑制方法，其特征在于:所述同步設(shè)計(jì)是指利用同一時(shí)序控制參考信號(hào)通道和陀螺信號(hào)通道的采集時(shí)序，以確保兩個(gè)通道的同步。
【文檔編號(hào)】G01C19/64GK103697877SQ201310746969
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】鄭小娟, 李超, 程長(zhǎng)征, 于海成, 楊學(xué)禮 申請(qǐng)人:北京航天時(shí)代光電科技有限公司