專利名稱：一種光纖陀螺光源相對強(qiáng)度噪聲的抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖陀螺傳感器中的信號處理方法，尤其是涉及一種光纖陀螺光源相對強(qiáng)度噪聲的抑制方法。
背景技術(shù)：
光纖陀螺系統(tǒng)中的白噪聲是影響光纖陀螺靜態(tài)性能的主要因素，可以用隨機(jī)游走系數(shù)表征。光纖陀螺中存在三種基本的白噪聲源電子加性噪聲、散粒噪聲和光源相對強(qiáng)度噪聲。電子加性噪聲主要來源于探測器的暗電流和探測器跨阻抗放大器反饋電阻的Johnson熱噪聲，其噪聲功率與光源功率無關(guān)；散粒噪聲來源于光電探測器探測過程中光電子發(fā)射的隨機(jī)性，由光的量子性導(dǎo)致，其噪聲功率與光源功率成正比；光源相對強(qiáng)度噪聲由光源功率波動導(dǎo)致，是寬帶光源的各級傅里葉分量之間的拍頻引起的附加噪聲，其噪聲·功率與光源功率的平方成正比。以上三種白噪聲源的產(chǎn)生機(jī)理各不相同，其對系統(tǒng)總噪聲的貢獻(xiàn)滿足功率疊加原理，根據(jù)三種白噪聲源功率與光源功率P之間的關(guān)系，其總噪聲功率N2可以表示為N2 = A+BP+CP2 (I)式中，A表征電子加性噪聲,B表征散粒噪聲,C表征光源相對強(qiáng)度噪聲。由于光纖陀螺輸出信號S正比于光源功率，則光纖陀螺輸出信噪比SNR滿足
V2ISNR = -^:-,--{.2)
N2 A/P2+B/P + C式中，a表示“正比于”。由式⑵可知，隨著光源功率的提高，電子加性噪聲和散粒噪聲的輸出信噪比會逐漸增加；然而光源相對強(qiáng)度噪聲的輸出信噪比與光源功率無關(guān)，隨著光源功率逐漸增大，光源相對強(qiáng)度噪聲逐漸成為光纖陀螺輸出信噪比增大的限制因素，此時只有對光源相對強(qiáng)度噪聲進(jìn)行有效抑制才能進(jìn)一步提高輸出信噪比，從而改善光纖陀螺靜態(tài)性能。目前光纖陀螺系統(tǒng)尤其是高精度光纖陀螺系統(tǒng)中往往采用高功率、寬光譜的寬帶光源，如超輻射二極管(SLD)和超熒光光纖光源(SFS)。高光源功率是有效抑制散粒噪聲影響、獲得良好光纖陀螺輸出性能的重要手段；寬帶光源的使用，能有效抑制背向散射、偏振誤差和克爾效應(yīng)導(dǎo)致的光纖陀螺輸出誤差，但其有限寬度光譜各級傅里葉分量之間的隨機(jī)拍頻導(dǎo)致光源功率隨機(jī)波動，光纖陀螺輸出性能受到光源相對強(qiáng)度噪聲的限制，這在使用光源功率較高的超熒光光纖光源的光纖陀螺系統(tǒng)中表現(xiàn)的尤為明顯，此時光源相對強(qiáng)度噪聲決定了光纖陀螺的最小檢測靈敏度。專利US6763153B2提供了一種通過噪聲消減抑制光源相對強(qiáng)度噪聲的方法，從光纖死頭引出參考信號并通過延時后，與光纖陀螺參考信號在消減器中執(zhí)行噪聲消減算法，得到光源相對強(qiáng)度噪聲受抑制的光纖陀螺輸出。專利US6765678B2則提供了一種通過反饋泵浦電流抑制光源相對強(qiáng)度噪聲的方法，從光纖死頭引出參考信號后，通過反饋控制環(huán)節(jié)對光源泵浦電流進(jìn)行控制，減小光源相對強(qiáng)度噪聲對輸出光強(qiáng)波動的影響。本發(fā)明提出了一種新的光源相對強(qiáng)度噪聲抑制方法，從光纖死頭引出參考信號，通過延時和濾波后產(chǎn)生光強(qiáng)調(diào)制控制信號，通過光強(qiáng)調(diào)制器對光纖陀螺信號光進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制補(bǔ)償，得到光源相對強(qiáng)度噪聲受抑制的光纖陀螺輸出。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前光纖陀螺尤其是高精度光纖陀螺系統(tǒng)的靜態(tài)性能受到光源相對強(qiáng)度噪聲限制的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種光源相對強(qiáng)度噪聲的抑制方法，對光源相對強(qiáng)度噪聲進(jìn)行有效抑制，從而提高光纖陀螺靜態(tài)性能。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案的步驟如下I)從光纖陀螺的耦合器的光纖死頭引出具有光源光強(qiáng)波動信息的參考光，參考光被光電探測器接收，得到參考信號IJt)； 2)參考信號Ir(t)經(jīng)信號處理模塊產(chǎn)生光強(qiáng)調(diào)制控制信號V。；3)光強(qiáng)調(diào)制控制信號V。通過光強(qiáng)調(diào)制器對從光纖環(huán)返回的光纖陀螺信號光進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，補(bǔ)償光源相對強(qiáng)度噪聲導(dǎo)致的光強(qiáng)波動；4)另一個光電探測器探測經(jīng)光強(qiáng)調(diào)制的光纖陀螺信號光，經(jīng)信號處理模塊解調(diào)得到光源相對強(qiáng)度噪聲受抑制的光纖陀螺輸出；信號處理模塊同時為相位調(diào)制器提供光纖陀螺調(diào)制信號。所述的信號處理模塊對所述的參考信號IJt)延時τ得到信號Ir丨(t)，其中τ =nL/c是光纖環(huán)渡越時間，η是光纖折射率，L是光纖環(huán)的光纖長度，c = 3X 108m/s是真空中光速；對信號IJ (t)進(jìn)行濾波處理，得到直流分量Irt ' (t)和噪聲分量Im' (t)，用于表征光源光強(qiáng)波動。所述的光強(qiáng)調(diào)制器采用質(zhì)子交換技術(shù)的鈮酸鋰電光調(diào)制器，信號處理模塊產(chǎn)生的光強(qiáng)調(diào)制控制信號V。為
T, V- . Ii(I)K=- arcsm -7Γ-
π Ir0(f)式中Vn是光強(qiáng)調(diào)制器的半波電壓；經(jīng)此光強(qiáng)調(diào)制控制信號V。調(diào)制的光纖陀螺信號光經(jīng)光電探測器探測和信號處理模塊解調(diào)后得到光源相對強(qiáng)度噪聲受抑制的光纖陀螺輸出。本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明從光纖陀螺系統(tǒng)耦合器的光纖死頭引出參考光進(jìn)行信號處理得到光源波動信息，并產(chǎn)生光強(qiáng)調(diào)制控制信號作用于光纖陀螺光路系統(tǒng)中的光強(qiáng)調(diào)制器，用于補(bǔ)償光源波動導(dǎo)致的光纖陀螺信號波動，從而得到光源相對強(qiáng)度噪聲受抑制的光纖陀螺輸出，提高了光纖陀螺的靜態(tài)性能。


圖I是未采用本發(fā)明實(shí)施方法的光纖陀螺結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是采用本發(fā)明實(shí)施方法的光纖陀螺結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是經(jīng)光強(qiáng)調(diào)制控制信號補(bǔ)償?shù)墓饫w陀螺信號光。圖4是未經(jīng)光強(qiáng)調(diào)制控制信號補(bǔ)償?shù)墓饫w陀螺信號光。
圖中1、光源，2、耦合器，3、相位調(diào)制器，4、光纖環(huán)，5、光強(qiáng)調(diào)制器，6、光電探測器，7、光電探測器，8、信號處理模塊，9、光纖死頭。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。發(fā)明原理如圖2所示，在耦合器2和光電探測器6之間加入光強(qiáng)調(diào)制器5，通過光強(qiáng)調(diào)制器5對光纖陀螺信號光進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，補(bǔ)償光源相對強(qiáng)度噪聲導(dǎo)致的信號波動；光強(qiáng)調(diào)制控制信號由耦合器2的光纖死頭引出參考光并通過一系列信號處理得到。光源功率I⑴可以表示為直流分量IciU)和噪聲分量In⑴之和，即I(t)=I0(t)+In(t) (3)從稱合器2的光纖死頭引出具有光源光強(qiáng)波動信息的參考光,參考光被光電探測器7接收，得到參考信號IJt)Ir(t) = [I0(t)+In(t)]gl (4)式中，gl是比例系數(shù)，表征光源I到探測器7之間的損耗。到達(dá)光強(qiáng)調(diào)制器5之前的光纖陀螺信號光Is (t)可以表示為Is(t) = [I0(t_ τ )+In(t_ τ )]g2[l+cos<i) (t_ τ )] (5)式中，g2是比例系數(shù)，表征光源I到光強(qiáng)調(diào)制器5之前的損耗；τ是光纖環(huán)渡越時間，τ = nL/c, η是光纖折射率，L是光纖環(huán)4的光纖長度，c = 3X 108m/s是真空中光速；Φ (t- τ )是光纖陀螺調(diào)制相位，方波調(diào)制的閉環(huán)光纖陀螺中調(diào)制相位Φ (t_ τ )為一常量。光纖陀螺信號光Is(t)中，In(t_ τ )g2[l+cos<i) (t-τ )]為噪聲信號，可以通過光強(qiáng)調(diào)制器5進(jìn)行調(diào)制補(bǔ)償。對于鈮酸鋰電光調(diào)制器，光強(qiáng)傳遞函數(shù)是調(diào)制相位的余弦函數(shù)，在調(diào)制相位為η/2時具有最佳調(diào)制靈敏度，故光強(qiáng)調(diào)制器5設(shè)定工作于π/2偏置相位處。若施加V。的調(diào)制電壓能補(bǔ)償Is(t)中的噪聲分量，則
權(quán)利要求
1.一種光纖陀螺光源相對強(qiáng)度噪聲的抑制方法，其特征在于，該方法的步驟如下 1)從光纖陀螺的耦合器(2)的光纖死頭引出具有光源光強(qiáng)波動信息的參考光，參考光被光電探測器(7)接收，得到參考信號IJt)； 2)參考信號IJt)經(jīng)信號處理模塊(8)產(chǎn)生光強(qiáng)調(diào)制控制信號V。； 3)光強(qiáng)調(diào)制控制信號V。通過光強(qiáng)調(diào)制器(5)對從光纖環(huán)(4)返回的光纖陀螺信號光進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，補(bǔ)償光源相對強(qiáng)度噪聲導(dǎo)致的光強(qiáng)波動； 4)另一個光電探測器(6)探測經(jīng)光強(qiáng)調(diào)制的光纖陀螺信號光，經(jīng)信號處理模塊(8)解調(diào)得到光源相對強(qiáng)度噪聲受抑制的光纖陀螺輸出；信號處理模塊(8)同時為相位調(diào)制器(3)提供光纖陀螺調(diào)制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光纖陀螺光源相對強(qiáng)度噪聲的抑制方法，其特征在于所述的信號處理模塊⑶對所述的參考信號IJt)延時τ得到信號仁丨(t)，其中τ =nL/c是光纖環(huán)渡越時間，η是光纖折射率，L是光纖環(huán)(4)的光纖長度，c = 3XlOVs是真空中光速；對信號L丨(t)進(jìn)行濾波處理，得到直流分量Irt丨(t)和噪聲分量Im丨(t)，用于表征光源光強(qiáng)波動。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光纖陀螺光源相對強(qiáng)度噪聲的抑制方法，其特征在于所述的光強(qiáng)調(diào)制器(5)采用質(zhì)子交換技術(shù)的鈮酸鋰電光調(diào)制器，信號處理模塊(8)產(chǎn)生的光強(qiáng)調(diào)制控制信號V。為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖陀螺光源相對強(qiáng)度噪聲的抑制方法。從光纖陀螺的耦合器的光纖死頭引出具有光源光強(qiáng)波動信息的參考光被光電探測器接收，得到參考信號；經(jīng)信號處理模塊產(chǎn)生光強(qiáng)調(diào)制控制信號；通過光強(qiáng)調(diào)制器對從光纖環(huán)返回的光纖陀螺信號光進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，補(bǔ)償光源相對強(qiáng)度噪聲導(dǎo)致的光強(qiáng)波動；另一個光電探測器探測經(jīng)光強(qiáng)調(diào)制的光纖陀螺信號光，經(jīng)信號處理模塊解調(diào)得到光源相對強(qiáng)度噪聲受抑制的光纖陀螺輸出。本發(fā)明能有效抑制光源相對強(qiáng)度噪聲對光纖陀螺輸出的影響，提高了光纖陀螺的靜態(tài)性能。
文檔編號G01C19/72GK102818565SQ20121028170
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月9日
發(fā)明者汪樟海, 陳杏藩, 劉承 申請人:浙江大學(xué)