專(zhuān)利名稱(chēng)：四頻激光陀螺工作點(diǎn)的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及四頻激光陀螺工作點(diǎn)的控制裝置，尤其是使四頻激光陀螺工作在任意 工作點(diǎn)的數(shù)字控制裝置。
背景技術(shù)：
激光陀螺具有動(dòng)態(tài)范圍大、無(wú)加速度效應(yīng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是慣性系統(tǒng)尤其是 捷聯(lián)慣性系統(tǒng)的理想元件，已大量應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。激光陀螺的原理是薩格納克 (Sagnac)效應(yīng)，在它的光學(xué)諧振腔內(nèi)至少運(yùn)行一對(duì)相向傳播的光波。當(dāng)它繞敏感軸相對(duì)于 慣性空間轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相向行波的頻率產(chǎn)生分裂，形成正比于轉(zhuǎn)動(dòng)速率的拍頻，因而通過(guò)測(cè)量拍 頻即可獲得激光陀螺相對(duì)于慣性空間的轉(zhuǎn)動(dòng)信息。由于諧振腔內(nèi)相向行波間的能量耦合，激光陀螺存在閉鎖效應(yīng)，導(dǎo)致它無(wú)法測(cè)量 較低的轉(zhuǎn)速?？朔]鎖常用的方法是機(jī)械抖動(dòng)偏頻，但機(jī)械抖動(dòng)增大了隨機(jī)游走、降低了信 號(hào)帶寬，而且容易對(duì)慣性系統(tǒng)中的其它儀表(如慣組中另外的陀螺、加速度計(jì)等儀表)產(chǎn)生 干擾。四頻激光陀螺采用光學(xué)偏頻的方法克服閉鎖，具有很大的優(yōu)越性。在四頻激光陀 螺的諧振腔內(nèi)運(yùn)行有四個(gè)行波模式，采用石英旋光器或非平面環(huán)形腔可使左旋偏振(LCP) 行波和右旋偏振(RCP)行波產(chǎn)生頻率分裂，采用法拉第偏頻器件或在增益介質(zhì)上施加縱向 磁場(chǎng)可在相同偏振的相向行波間建立非互易頻率分裂以避開(kāi)閉鎖區(qū)域。左旋偏振的一對(duì)行 波構(gòu)成一個(gè)左旋偏振的二頻單陀螺(稱(chēng)為左旋陀螺)，右旋偏振的一對(duì)行波構(gòu)成一個(gè)右旋 偏振的二頻單陀螺(稱(chēng)為右旋陀螺)。四頻激光陀螺的增益曲線(xiàn)如圖1所示，左旋陀螺和右旋陀螺之間的頻率分裂稱(chēng)為 互易分裂，典型值為數(shù)百M(fèi)Hz ；每個(gè)單陀螺的兩個(gè)相向運(yùn)行行波之間的頻率分裂稱(chēng)為非互 易分裂，典型值為1MHz。四頻激光陀螺中至少含有四個(gè)模式，左旋偏振順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)行的模 式頻率為、振幅為A1 ；左旋偏振逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)行的模式頻率為f2、振幅為A2 ；右旋偏振逆 時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)行的模式頻率為f3、振幅為A3 ；右旋偏振順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)行的模式頻率為f4、振幅 為A4。左旋陀螺兩個(gè)模的頻差為fL == F+SQ (1)式中F為法拉第偏頻，S為環(huán)形腔的幾何比例因子，Ω為輸入角速度。右旋陀螺兩個(gè)模的頻差為fE = f4-f3 = F-S Ω (2)采用光電探測(cè)裝置以及相應(yīng)的信號(hào)處理電路分別測(cè)出左、右旋陀螺的頻差然后求 差得到四頻激光陀螺的最終輸出為f0Ut = fL-fE = 2SQ(3)雖然四頻激光陀螺采取的消鎖措施非常理想，但它容易受增益介質(zhì)色散效應(yīng)的影 響。色散效應(yīng)導(dǎo)致各模式的振蕩頻率偏離空腔頻率，如偏離量不能在輸出差頻中抵消就導(dǎo) 致零偏，更嚴(yán)重的是零偏通常隨溫度、磁場(chǎng)、工作點(diǎn)而變。為了使四頻激光陀螺能夠可靠地
4運(yùn)行，應(yīng)采用程長(zhǎng)控制裝置對(duì)色散效應(yīng)的影響進(jìn)行控制，使左、右旋陀螺分別位于增益曲線(xiàn) 大致對(duì)稱(chēng)的兩側(cè)。四頻激光陀螺一般采用四面(或以上)反射鏡，其中至少一個(gè)反射鏡透 出少量光場(chǎng)，稱(chēng)為透射鏡；程長(zhǎng)控制執(zhí)行裝置通常是在一面反射鏡上粘有壓電元件(常用 壓電陶瓷)，通過(guò)改變壓電元件上的電壓推拉反射鏡改變程長(zhǎng)從而調(diào)節(jié)工作點(diǎn)。四頻激光陀 螺的磁場(chǎng)靈敏度和溫度靈敏度都與工作點(diǎn)有關(guān)，為了獲得較好的性能，應(yīng)根據(jù)需要將四頻 激光陀螺控制在磁場(chǎng)靈敏度或溫度靈敏度最小的工作點(diǎn)上。為了便于表述，設(shè)增益曲線(xiàn)49的峰值頻率為&，頻率為fj(j = 1 4)的模式獲得 的增益為gj(j = 1 4)，振幅為Aj (j = 1 4)。四頻激光陀螺早先采用光強(qiáng)差控制工作 點(diǎn)，其原理為采用信號(hào)讀出系統(tǒng)對(duì)四頻激光陀螺透射鏡的輸出光場(chǎng)進(jìn)行處理，得到代表左 旋陀螺光強(qiáng)和右旋陀螺光強(qiáng)的電信號(hào)，用二者之差作為誤差信號(hào)控制工作點(diǎn)，從而使四頻 激光陀螺工作在左、右旋陀螺光強(qiáng)相等的工作點(diǎn)上。這種方式較為容易實(shí)現(xiàn)，但是它有不少 缺點(diǎn)一、需要兩路光電探測(cè)和放大電路，兩路信號(hào)轉(zhuǎn)換系數(shù)或偏置的任何不對(duì)稱(chēng)都會(huì)影響 零偏，導(dǎo)致四頻激光陀螺的零偏和零偏穩(wěn)定性與電路有關(guān)；二、沒(méi)有專(zhuān)門(mén)選擇最佳工作點(diǎn)， 導(dǎo)致磁靈敏度較大；三、陀螺的光強(qiáng)、壓電陶瓷靈敏度等陀螺參數(shù)的變化影響控制環(huán)路的穩(wěn) 定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服采用傳統(tǒng)光強(qiáng)差控制工作點(diǎn)的系統(tǒng)的缺陷，提出一種穩(wěn) 頻方法，可使四頻激光陀螺在任意工作點(diǎn)，例如工作在磁場(chǎng)靈敏度最小的工作點(diǎn)或者溫度 靈敏度最小的工作點(diǎn)。本發(fā)明通過(guò)對(duì)四頻激光陀螺的反射鏡進(jìn)行調(diào)制以及對(duì)四頻激光陀螺 的輸出光強(qiáng)信息進(jìn)行解調(diào)來(lái)實(shí)現(xiàn)任意工作點(diǎn)的控制。本發(fā)明可以采用全模擬電子線(xiàn)路實(shí) 現(xiàn)，但最好采用DSP、單片機(jī)、計(jì)算機(jī)等數(shù)字處理單元實(shí)現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，采取了如下技術(shù)方案至少四面反射鏡組成一個(gè)四頻激光陀螺環(huán)形諧振腔，至少一面反射鏡可透射部分 光場(chǎng)，至少一面反射鏡可前后運(yùn)動(dòng)，反射鏡驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)反射鏡前后運(yùn)動(dòng)用來(lái)控制程長(zhǎng)，程長(zhǎng) 控制裝置包括測(cè)量四頻激光陀螺光場(chǎng)強(qiáng)度的探測(cè)器、根據(jù)光場(chǎng)強(qiáng)度變化情況來(lái)改變反射鏡 驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電壓的伺服控制環(huán)路、對(duì)伺服控制環(huán)路中調(diào)制幅度進(jìn)行穩(wěn)定控制的調(diào)制幅度控 制環(huán)路、根據(jù)光場(chǎng)強(qiáng)度和反射鏡驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電壓之間的關(guān)系對(duì)光場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量系統(tǒng)的增益進(jìn) 行控制的增益控制環(huán)路。本發(fā)明涉及的自動(dòng)增益控制環(huán)路可通過(guò)對(duì)電子器件(如電子放大器)的放大系數(shù) 進(jìn)行控制，也可以通過(guò)對(duì)采集到數(shù)字信號(hào)處理單元中的光強(qiáng)乘以一個(gè)系數(shù)進(jìn)行控制。為了便于理解本發(fā)明，附錄給出詳細(xì)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可使四頻激光陀螺穩(wěn)定地工作在任意工作點(diǎn)上，例如磁靈敏度 最小的工作點(diǎn)。


圖1是四頻激光陀螺的增益曲線(xiàn)及其四個(gè)模式。圖2是本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明的原理框圖。
圖4是歸一化的程長(zhǎng)控制框圖。圖5是相敏檢波原理圖。圖6是實(shí)現(xiàn)任意工作點(diǎn)控制的原理框圖。圖7是實(shí)現(xiàn)任意工作點(diǎn)控制的另一種方式的原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。在圖2中，從四頻激光陀螺1的透射片13透射出的部分光場(chǎng)入射到光電探測(cè)器15 上，光電探測(cè)器15可以將從直流到IGHz頻率范圍的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后經(jīng)射頻放大 器16進(jìn)行放大，射頻放大器16對(duì)光電探測(cè)器15輸出電信號(hào)中的射頻分量進(jìn)行放大。帶通 濾波器17允許頻率在同向行波拍頻左右的信號(hào)通過(guò)，同時(shí)還可濾除部分噪聲以提高信號(hào) 的信噪比。幅度解調(diào)器18將帶通濾波器17輸出的射頻信號(hào)幅度檢出，該幅度稱(chēng)為射頻光 強(qiáng)，然后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器29采集到DSP 19中。DSP中含有三個(gè)控制環(huán)路，自動(dòng)增益控制環(huán)路 20用來(lái)補(bǔ)償陀螺光強(qiáng)、射頻放大器16的增益等參數(shù)變化導(dǎo)致的射頻光強(qiáng)變化，程長(zhǎng)控制環(huán) 路21用來(lái)控制陀螺的程長(zhǎng)以維持穩(wěn)定的工作點(diǎn)，調(diào)制幅度控制環(huán)路22用來(lái)控制調(diào)制模塊 的幅度來(lái)補(bǔ)償陀螺光強(qiáng)、壓電陶瓷靈敏度等參數(shù)變化對(duì)射頻光強(qiáng)的調(diào)制強(qiáng)度的影響，而且 也提供給程長(zhǎng)控制環(huán)路21來(lái)實(shí)現(xiàn)程長(zhǎng)控制功能。程長(zhǎng)控制環(huán)路21的輸出信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換 器30轉(zhuǎn)換為模擬控制信號(hào)，然后經(jīng)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器24放大，調(diào)制模塊23的輸出信號(hào)經(jīng)數(shù) 模轉(zhuǎn)換器31轉(zhuǎn)換為模擬調(diào)制信號(hào)，與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器24的輸出信號(hào)在加法器25處相加， 一起施加到粘在四頻激光陀螺1的反射鏡11的壓電陶瓷上。壓電陶瓷隨電壓信號(hào)而進(jìn)行 機(jī)械運(yùn)動(dòng)。為了便于理解控制原理，對(duì)圖2各部分做了數(shù)學(xué)抽象，將圖2中各個(gè)模塊用數(shù)學(xué)模 型表示，如圖3所示。根據(jù)輸入輸出特性將四頻激光陀螺1的輸出射頻光強(qiáng)幅度表示為Ia =IJl-aJf-f^)2]，各符號(hào)的含義見(jiàn)附錄1。光電探測(cè)、射頻放大和幅度解調(diào)用比例系數(shù)K2 表示，模數(shù)轉(zhuǎn)換器用比例系數(shù)KAD。表示，數(shù)模轉(zhuǎn)換器用比例系數(shù)KDA。表示，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器 用比例系數(shù)K1表示，單位壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電壓變化引起的工作點(diǎn)變化用比例系數(shù)Kpzt表示。 這時(shí)可將DSP采集到的射頻光強(qiáng)信號(hào)與輸出電壓V的關(guān)系表示為y = KadcK2Iao [ l_a2 (KpztKdacK1 V+KPZTKDACVmcos ω I-KpztKdacK1Vci) 2] (4)然后進(jìn)行變量替換，得到y(tǒng) = I0[l-a (x+xmcos ω t)2] (5)上兩式中各符號(hào)的含義見(jiàn)附錄1。在DSP中的軟件控制框圖如圖4所示。模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集的射頻光強(qiáng)信號(hào)用y表示， kg表示軟件增益(當(dāng)然也可在電子器件硬件上實(shí)現(xiàn)，如通過(guò)控制射頻電路放大增益或在幅 度解調(diào)電路后增加可控增益的放大器，但沒(méi)有本質(zhì)不同)。根據(jù)(1.7) (1.11)式可求出 y中的一次諧波幅度和二次諧波幅度，具體運(yùn)算采用DSP軟件編程實(shí)現(xiàn)。求出二次諧波幅度 Z2后，再由求Itl模塊52求出z4，將其與設(shè)定值Gref進(jìn)行比較得到自動(dòng)增益控制環(huán)路的誤差 信號(hào)，經(jīng)PID控制器48后產(chǎn)生自動(dòng)增益控制信號(hào)，與常量1相加成為kg，用來(lái)控制射頻光強(qiáng)
信號(hào)1的軟件增益。在除法器53處，二次諧波幅度Z2除以Z4后成為，與設(shè)定值比較后產(chǎn)生自動(dòng)調(diào)制幅度控制誤差信號(hào)，經(jīng)PID控制器56后產(chǎn)生自動(dòng)調(diào)制幅度控制信號(hào)，與 常量1相加后成為Xm，與單位正弦函數(shù)發(fā)生器60相乘后用來(lái)控制四頻激光陀螺壓電陶瓷的 調(diào)制幅度。一次諧波幅度Z1與Xm相乘后為程長(zhǎng)控制誤差信號(hào)，經(jīng)PID控制器45后成為程 長(zhǎng)控制信號(hào)。三角波發(fā)生器61輸出線(xiàn)性變化的掃模電壓，用以?huà)吣?。?dāng)需要進(jìn)行程長(zhǎng)控制 時(shí)，應(yīng)將開(kāi)關(guān)撥到程長(zhǎng)控制輸出上。圖5給出了求輸入信號(hào)b中頻率為ω的成分幅度的框圖對(duì)輸入信號(hào)b，只需與 cos COt相乘然后經(jīng)過(guò)低通濾波器103就可將b中頻率為ω的成分的幅度求出。圖4中的 求1次諧波幅度42和求2次諧波幅度43只需根據(jù)附錄1中的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行數(shù)字編程即 可求出。圖4所給控制框圖只能將四頻激光陀螺控制在射頻光強(qiáng)幅度極大值對(duì)應(yīng)的工作 點(diǎn)上，在此基礎(chǔ)上增加偏置控制環(huán)路就構(gòu)成了帶偏置的程長(zhǎng)控制系統(tǒng)。由式(1. 6)可知，未加調(diào)制時(shí)y = I0(l-ax2)(6)這時(shí)采用小抖動(dòng)調(diào)制法只能將y控制在χ = 0處的極大值。偏置就是將y控制在 χ = Xoff處，因此程長(zhǎng)控制環(huán)路工作時(shí)應(yīng)該有al0 (x-xoff) Xm = 0(7)即只需對(duì)圖4中誤差信號(hào)進(jìn)行修正即可將四頻激光陀螺的工作點(diǎn)偏置到任何位 置，系統(tǒng)框圖如圖6所示。圖7給出了另一種任意工作點(diǎn)控制方法最佳實(shí)施例的框圖，其中L和Ik分別表示 左、右旋陀螺的光強(qiáng)，具體獲取方法可參考2000年2月出版的《光電子 激光》第11卷1期 49頁(yè)名為《四頻差動(dòng)激光陀螺中的激光穩(wěn)頻》一文。下面結(jié)合附錄2對(duì)控制方法進(jìn)行具體 說(shuō)明。采集到DSP中的左旋光強(qiáng)記為Iy右旋光強(qiáng)記為IK，kg表示左、右旋光強(qiáng)的軟件增 益(當(dāng)然也可在電子器件硬件上實(shí)現(xiàn)，但沒(méi)有本質(zhì)不同)。采用正弦振蕩器76通過(guò)乘法器 71和78分別與左、右旋光強(qiáng)相乘然后分別經(jīng)低通濾波器72和78，可求出Idi = IcAKA1和
Id4 = ΙΛΑχω。在除法器73處可求出·= >，然后與右旋光強(qiáng)相乘，可消除左、右旋光強(qiáng)
AR JD4
信號(hào)轉(zhuǎn)換系數(shù)的差異。左旋光強(qiáng)和修正的右旋光強(qiáng)在加法器85處求和，得到光強(qiáng)和Isum = 2I0Kl, Isih與設(shè)定值進(jìn)行求差，誤差信號(hào)經(jīng)PID控制器產(chǎn)生軟件增益kg，從而將光強(qiáng)和穩(wěn) 定在一個(gè)常值上。在除法器86處Idi = IciaiKA1除以光強(qiáng)和Ism = 2I0KL得到aA/2，然后 與設(shè)定值Mref比較產(chǎn)生自動(dòng)調(diào)制幅度控制環(huán)路的誤差信號(hào)，經(jīng)過(guò)PID控制器89后產(chǎn)生調(diào)制 幅度控制信號(hào)xm，在乘法器94處與單位正弦調(diào)制信號(hào)相乘后輸出用于調(diào)制四頻激光陀螺腔 長(zhǎng)的調(diào)制信號(hào)。減法器90輸出的光強(qiáng)差為ΔΙ = 1「14 = ？^…^與、相乘然后除以Idi =Ioa1Kpm后得到2x，該信號(hào)與設(shè)定值x。ff比較產(chǎn)生程長(zhǎng)控制誤差信號(hào)，經(jīng)PID控制器后輸 出控制信號(hào)用來(lái)調(diào)節(jié)程長(zhǎng)。改變?cè)O(shè)定值x。ff可使四頻激光陀螺工作在任意工作點(diǎn)上。四頻激光陀螺的零偏特性與工作點(diǎn)密切相關(guān)，例如有對(duì)磁場(chǎng)變化敏感性最小的工 作點(diǎn)、有對(duì)溫度變化敏感性最小的工作點(diǎn)。下面給出選擇上述兩種工作點(diǎn)的具體方式。第一種情況是選擇對(duì)磁場(chǎng)敏感性最小的工作點(diǎn)。在四頻激光陀螺的增益區(qū)上纏繞 導(dǎo)電線(xiàn)圈，通以電流i，利用圖6或圖7所示電路，將工作點(diǎn)設(shè)定在x。ffl上，然后改變流過(guò)導(dǎo)
7電線(xiàn)圈的電流，記錄四頻激光陀螺的差頻，做出一條差頻隨電流i變化的曲線(xiàn)1。類(lèi)似地， 將工作點(diǎn)設(shè)定在x。ff2上，再做出一條差頻隨電流i變化的曲線(xiàn)2。繼續(xù)該過(guò)程做出η條曲 線(xiàn)。利用最小二乘法分別對(duì)曲線(xiàn)1 η進(jìn)行一次線(xiàn)性擬合，得到的擬合曲線(xiàn)記為曲線(xiàn)Cj(j =1，…，n)，將曲線(xiàn)Cj(j = 1，…，η)以工作點(diǎn)設(shè)定值x。ff為自變量做在同一副圖中，這些 曲線(xiàn)有一個(gè)交點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的x。ff即為對(duì)磁場(chǎng)敏感性最小的工作點(diǎn)。第二種情況是選擇對(duì)溫度敏感性最小的工作點(diǎn)。將四頻激光陀螺放在溫度試驗(yàn)箱 內(nèi)，工作點(diǎn)設(shè)定為x。ffl，同時(shí)用溫度傳感器測(cè)量陀螺體溫度。改變溫度試驗(yàn)箱的溫度t，做出 一條差頻隨溫度變化的曲線(xiàn)1。然后將工作點(diǎn)改為x。ff2，再做一條差頻隨溫度變化的曲線(xiàn)2， 以此類(lèi)推，直到做出一簇差頻隨溫度的變化曲線(xiàn)。在可選的工作點(diǎn)范圍內(nèi)，總有一條曲線(xiàn)隨 溫度的變化最小，該曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的工作點(diǎn)即為對(duì)溫度敏感性最小的工作點(diǎn)。附錄1采用射頻光強(qiáng)的任意工作點(diǎn)控制方法的數(shù)學(xué)推導(dǎo)對(duì)于四頻激光陀螺，順時(shí)針運(yùn)行的光束含有頻率為和f4的模式，這兩個(gè)模式的 光場(chǎng)可表示為Ecw = A1Cos (^t) +A2Cos (f2t) (1. 1)采用光電探測(cè)器將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)的形式為(略去探測(cè)器無(wú)法響應(yīng)的 光頻分量)Icw = A^ + ^22 + AxA1 cos(/4 -Z1) (1.2)采用高頻放大器放大式(1. 2)中的交流分量，然后再進(jìn)行幅度檢波可得到射頻光 強(qiáng)IA:Ia = A1A2 (1· 3)Ia隨工作點(diǎn)的變化關(guān)系可近似用二次曲線(xiàn)表示Ia = IA0[l-a2(f-f0)2] (1.4)式中Ιω為Ia的極大值，a2為擬合系數(shù)，&為14取極大值時(shí)的工作點(diǎn)，f為實(shí)際工 作點(diǎn)。工作點(diǎn)控制系統(tǒng)如圖3所示數(shù)模轉(zhuǎn)換、高壓放大(即壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器)、壓電陶 瓷靈敏度(單位壓電陶瓷電壓導(dǎo)致的工作點(diǎn)變化)、光電轉(zhuǎn)換與放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換都用一個(gè)比 例系數(shù)表示，而用式(1.4)表示Ia與工作點(diǎn)的關(guān)系。這時(shí)可將數(shù)字信號(hào)處理模塊(不妨以 用DSP為例)采集到的Ia信號(hào)表示為y = KadcK2Iao [l-a2 (KpztKdacK1 V+KPZTKDACVmcos ω I-KpztKdacK1Vci) 2] (1. 5)式中V為DSP輸出的電壓碼，VmCos ω t % DSP輸出的抖動(dòng)調(diào)制電壓碼，V0為Ia極 大值對(duì)應(yīng)的電壓碼。這里Vm之前未乘以K1是因?yàn)檎{(diào)制電壓未經(jīng)過(guò)高壓放大而加載到壓電 陶瓷上。式(1.5)可簡(jiǎn)化為y = I。[l-a(x+xmcoscot)2](1.6)式中1。=KadcK2Ia。，a = a2 (KpztKdac)2, χ = K1 (V-V0)，xm = Vffl0 由于電路、光強(qiáng)等參 量變化的影響已經(jīng)體現(xiàn)在I。和a之中，χ與工作點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。式(1.6)中的直流項(xiàng)為:y0=/0I-OX2-JOX^1含調(diào)制頻率1次的項(xiàng)為只=COs(fijr + φ)
含調(diào)制頻率2次諧波的項(xiàng)為Y一÷o／0)＼L2 cos(2wt+2~)
采用如下方法，可得
權(quán)利要求
1.一種四頻激光陀螺工作點(diǎn)控制裝置，包括由至少四面反射鏡組成的環(huán)形諧振腔1， 其中至少一面反射鏡可透射部分光場(chǎng)、至少一面反射鏡可以前后位移，驅(qū)動(dòng)上述可前后位 移反射鏡的驅(qū)動(dòng)裝置，以及探測(cè)四頻激光陀螺光場(chǎng)信號(hào)的裝置15和根據(jù)光場(chǎng)信號(hào)與反射 鏡驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)系來(lái)控制反射鏡驅(qū)動(dòng)裝置的伺服環(huán)路21，其特征在于除了驅(qū)動(dòng)反射鏡位置 的環(huán)路21外，還包括調(diào)制幅度控制環(huán)路22和增益控制環(huán)路20，其中調(diào)制幅度控制環(huán)路22 根據(jù)伺服裝置采集到的光場(chǎng)信號(hào)與反射鏡驅(qū)動(dòng)電壓的函數(shù)關(guān)系產(chǎn)生調(diào)制幅度控制信號(hào)，增 益控制環(huán)路20根據(jù)伺服裝置采集到的光場(chǎng)信號(hào)與反射鏡驅(qū)動(dòng)電壓的函數(shù)關(guān)系產(chǎn)生增益控 制信號(hào)用來(lái)調(diào)整伺服環(huán)路所用信號(hào)的幅度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制幅度控制裝置22，其特征在于調(diào)制幅度控制裝置用來(lái)為 上述反射鏡位置伺服環(huán)路21提供調(diào)制控制，采用數(shù)字調(diào)制為反射鏡驅(qū)動(dòng)裝置提供交變信 號(hào)，并根據(jù)伺服裝置采集到的光場(chǎng)與驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)系改變調(diào)制幅度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增益控制裝置20，其特征在于根據(jù)伺服裝置采集到的光場(chǎng)信 號(hào)與驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)系產(chǎn)生增益控制信號(hào)，用來(lái)調(diào)整四頻激光陀螺輸出光場(chǎng)轉(zhuǎn)換到伺服環(huán)路 過(guò)程中電子放大裝置或幅度解調(diào)裝置或軟件增益裝置之間任意一個(gè)或多個(gè)裝置的增益。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四頻激光陀螺反射鏡伺服裝置21，其特征在于與調(diào)制幅度控 制裝置和增益控制裝置產(chǎn)生穩(wěn)定的反射鏡位置伺服裝置驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四頻激光陀螺反射鏡伺服裝置21，其特征在于用來(lái)控制伺服 環(huán)路調(diào)制信號(hào)幅度的調(diào)制幅度控制裝置22和用來(lái)調(diào)整伺服環(huán)路采集到的光場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)度的 增益控制裝置20 —起工作消除各自間的耦合，將四頻激光陀螺控制在任意偏置的工作點(diǎn) 上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四頻激光陀螺工作點(diǎn)控制裝置，包括一個(gè)由至少四面反 射鏡組成的環(huán)形諧振腔，至少維持四個(gè)模式振蕩，至少一個(gè)反射鏡可透射部分光場(chǎng)，至少一 個(gè)反射鏡可前后移動(dòng)，其特征在于光電探測(cè)裝置將透射出的至少一對(duì)同向運(yùn)行的光場(chǎng)混合 信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，幅度解調(diào)裝置18將該電信號(hào)的幅度求出；調(diào)制裝置對(duì)反射鏡位置進(jìn)行 交流調(diào)制從而使上述幅度解調(diào)裝置輸出的信號(hào)幅度受到調(diào)制；調(diào)制解調(diào)裝置將上述幅度解 調(diào)裝置輸出的信號(hào)中調(diào)制幅度信息解出；伺服裝置根據(jù)上述調(diào)制解調(diào)裝置輸出信息對(duì)四頻 激光陀螺的反射鏡位置進(jìn)行控制；自動(dòng)調(diào)制幅度裝置對(duì)反射鏡調(diào)制幅度進(jìn)行控制；自動(dòng)增 益控制裝置對(duì)從透射鏡輸出光場(chǎng)轉(zhuǎn)換到伺服裝置采集信號(hào)過(guò)程中的電子放大裝置、幅度解 調(diào)裝置或軟件增益的增益進(jìn)行控制。
7.—種四頻激光陀螺工作點(diǎn)控制裝置，包括一個(gè)由至少四面反射鏡組成的環(huán)形諧振 腔，至少維持四個(gè)模式振蕩，至少一個(gè)反射鏡可透射部分光場(chǎng)，至少一個(gè)反射鏡可前后移 動(dòng)，其特征在于光電探測(cè)裝置將透射出的四個(gè)模式的光場(chǎng)進(jìn)行處理得到左旋陀螺和右旋陀 螺的光強(qiáng)幅度；調(diào)制裝置對(duì)反射鏡位置進(jìn)行交流調(diào)制從而使上述幅度解調(diào)裝置輸出的信號(hào) 幅度受到調(diào)制；調(diào)制解調(diào)裝置將上述幅度解調(diào)裝置輸出的信號(hào)中調(diào)制幅度信息解出；伺服 裝置根據(jù)上述調(diào)制解調(diào)裝置輸出信息對(duì)四頻激光陀螺的反射鏡位置進(jìn)行控制；自動(dòng)調(diào)制幅 度裝置對(duì)反射鏡調(diào)制幅度進(jìn)行控制；自動(dòng)增益控制裝置對(duì)從透射鏡輸出光場(chǎng)轉(zhuǎn)換到伺服裝 置采集信號(hào)過(guò)程中的電子放大裝置、幅度解調(diào)裝置或軟件增益的增益進(jìn)行控制。
8.—種對(duì)磁場(chǎng)敏感性最小的工作點(diǎn)判定方法，包括權(quán)利要求6或7所述的工作點(diǎn)控制 裝置、給四頻激光陀螺增益區(qū)施加磁場(chǎng)的導(dǎo)電線(xiàn)圈，其特征是通過(guò)改變流過(guò)導(dǎo)電線(xiàn)圈的電流，做出一簇(至少兩條)差頻隨工作點(diǎn)變化的曲線(xiàn)，采用最小二乘法對(duì)每條曲線(xiàn)進(jìn)行線(xiàn)性 擬合，然后將整簇曲線(xiàn)以工作點(diǎn)為自變量做在同一副圖中，這些曲線(xiàn)的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的工作點(diǎn) 即為對(duì)磁場(chǎng)敏感性最小的工作點(diǎn)。
9. 一種對(duì)溫度敏感性最小的工作點(diǎn)判定方法，包括權(quán)利6或7所述的工作點(diǎn)控制裝置、 陀螺體溫度測(cè)量裝置、改變陀螺體溫度的裝置，其特征是改變陀螺體溫度，做出不同工作點(diǎn) 對(duì)應(yīng)的差頻隨陀螺體溫度變化曲線(xiàn)，直到找到差頻隨陀螺體溫度變化最小的工作點(diǎn)，該工 作點(diǎn)就是對(duì)溫度敏感性最小的工作點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種四頻激光陀螺工作點(diǎn)控制裝置，該裝置包括反射鏡位置伺服環(huán)路、自動(dòng)調(diào)制幅度控制環(huán)路和自動(dòng)增益控制環(huán)路，而且三個(gè)環(huán)路之間沒(méi)有耦合。通過(guò)三個(gè)控制環(huán)路的同時(shí)工作，可使四頻激光陀螺穩(wěn)定地工作在任意工作點(diǎn)上，如磁場(chǎng)靈敏度或溫度靈敏度最小的工作點(diǎn)上，從而提高四頻激光陀螺的抗干擾能力。
文檔編號(hào)G01C19/66GK102003958SQ20101050189
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月1日
發(fā)明者汪之國(guó), 王飛, 龍興武 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)