光纖陀螺調(diào)制解調(diào)方法、提高標度因數(shù)穩(wěn)定性方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光纖陀螺技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種調(diào)制解調(diào)過程中提高標度因數(shù)穩(wěn)定 性的功標因子歸一化方法、功標因子歸一化裝置、光纖陀螺調(diào)制解調(diào)方法以及調(diào)制解調(diào)裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖陀螺儀是以光纖線圈為基礎的敏感元件，由光源發(fā)射出的光波朝兩個方向沿 光纖傳播。光纖陀螺儀與傳統(tǒng)的機械陀螺儀相比，優(yōu)點是全固態(tài)，沒有旋轉(zhuǎn)部件和摩擦部 件，壽命長，動態(tài)范圍大，瞬時啟動，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕。與激光陀螺儀相比，光纖陀 螺儀沒有閉鎖問題，也不用在石英塊精密加工出光路，成本低。
[0003] 光纖陀螺的標度因數(shù)是光纖陀螺的重要參數(shù)之一，導航系統(tǒng)應用光纖陀螺時必須 對光纖陀螺的這個參數(shù)進行標定，將標定后的參數(shù)寫入導航解算程序中，以解算系統(tǒng)的導 航姿態(tài)信息。因此，標度因數(shù)的穩(wěn)定性對于導航系統(tǒng)來說尤為重要。然而，光纖陀螺的標度 因數(shù)受光功率、光路損耗、光纖環(huán)、電路增益的影響而變化，這些影響標度因數(shù)的因數(shù)在全 溫下變化較大，從而使得光纖陀螺全溫標度因數(shù)變化很大。傳統(tǒng)技術(shù)中利用二次模型進行 軟件補償?shù)姆椒軓暮艽蟪潭壬咸岣吡朔€(wěn)定性，但還是有幾十到幾百ppm的變化，影響陀螺 解算的精度。
[0004] 因此，如何在補償?shù)幕A上進一步優(yōu)化光纖陀螺全溫標度因數(shù)具有重要的意義。
[0005] 光纖陀螺調(diào)制解調(diào)過程中，標度因數(shù)的穩(wěn)定性對光纖陀螺輸出的結(jié)果影響非常 大，而標度因數(shù)易受環(huán)境的影響而變化，例如易受光功率、光路損耗等影響而變化。在傳統(tǒng) 的調(diào)制解調(diào)過程中，是將奇偶采樣值的差值作為解調(diào)信號，以此來解算光纖陀螺輸出的旋 轉(zhuǎn)角速度信息，采用這種方式不能對影響標度因數(shù)穩(wěn)定性的光功率標度因數(shù)因子（以下簡 稱功標因子)進行歸一化，功標因子有例如電路增益倍數(shù)A、探測器轉(zhuǎn)換系數(shù)R、無轉(zhuǎn)速且不 調(diào)制下到達探測器的光功率Po。光功率的變化會引起標度因數(shù)的變化，導致標度因數(shù)穩(wěn)定 性較低，從而導致光纖陀螺輸出的信號精度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種優(yōu)化光纖陀 螺全溫標度因數(shù)的方法以提高光纖陀螺的全溫標度因數(shù)穩(wěn)定性。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是：提供一種提高光纖陀螺全 溫標度因數(shù)穩(wěn)定性的功標因子歸一化方法，包括以下步驟：
[0008] 建立歸一化數(shù)學模型，所述歸一化數(shù)字模型
，其中，AU為每一 調(diào)制周期內(nèi)奇偶采樣值的差值，Συ為每一調(diào)制周期內(nèi)奇偶采樣值的和值，A為放大電路的 總放大倍數(shù)，R為探測器的轉(zhuǎn)換系數(shù)，Po為不調(diào)制且光纖環(huán)靜止時光源到達探測器的光功 率，φ 0為調(diào)制幅度，φ S為光纖環(huán)旋轉(zhuǎn)引起的相位差；
[0009] 利用V2+k3i調(diào)制幅度通過Y波導對光波進行本征方波調(diào)制，其中，k為整數(shù)；
[0010] 分別對每一調(diào)制周期內(nèi)的正負半周期內(nèi)經(jīng)放大電路放大后的電壓信號進行采樣， 從而得到奇偶采樣值；
[0011]根據(jù)每一調(diào)制周期內(nèi)的奇偶采樣值獲得該周期內(nèi)的奇偶采樣值的差值以及該周 期內(nèi)的奇偶采樣值的和值；
[0012] 根據(jù)所述歸一化數(shù)學模型將奇偶采樣值的差值以及奇偶采樣值的和值相比，以將 光纖陀螺解算過程中影響標度因數(shù)穩(wěn)定性的功率標度因數(shù)因子A*R*Po歸一化，從而提高標 度因數(shù)的穩(wěn)定性。
[0013] 進一步的，在分別對每一周期內(nèi)的正負調(diào)制的半周期內(nèi)經(jīng)放大電路放大后的電壓 信號進行采樣，從而得到奇偶采樣值的步驟中：
[0014] 通過
得到正半周期的奇采樣值，其中，Po為 不調(diào)制且光纖環(huán)靜止時光源到達探測器的光功率，A為光纖陀螺內(nèi)部放大電路的總放大倍 數(shù)，R為探測器轉(zhuǎn)換系數(shù)，Φ〇為方波調(diào)制幅度：π/2+kii，c&s為光纖環(huán)旋轉(zhuǎn)引起的相位差；
[0015] 通
辱到負半周期的偶采樣值，其中，Po為 不調(diào)制且光纖環(huán)靜止時光源到達探測器的光功率，A為光纖陀螺內(nèi)部放大電路的總放大倍 數(shù)，R為探測器轉(zhuǎn)換系數(shù)，Φ〇為方波調(diào)制幅度：π/2+kii，c&s為光纖環(huán)旋轉(zhuǎn)引起的相位差。
[0016] 進一步的，在根據(jù)每一周期內(nèi)的奇偶采樣值獲得該周期內(nèi)的奇偶采樣值的差值的 步驟中，通過以下公式求出奇偶采樣值的差值：
[0017] Δ U = P-_P+ = A*R*Po*sinC>osinC>s，其中，sinC>〇 = sin(3r/2+kJT) = 1，P〇為不調(diào)制 且光纖環(huán)不旋轉(zhuǎn)時光源到達探測器的光功率，Φ〇為方波調(diào)制幅度JT/2+kJi，Φ5為光纖環(huán)旋轉(zhuǎn) 引起的相位差。
[0018] 進一步的，在根據(jù)每一周期內(nèi)的奇偶采樣值獲得該周期內(nèi)的奇偶采樣值的和值的 步驟中，通過以下公式求出奇偶采樣值的和值：
[0019] Σ U = U-+U+ = A*R*Pq+A*R*Pq*cos OqcosOs，其中，Po 為不調(diào)制且光纖環(huán)不旋轉(zhuǎn)時 光源到達探測器的光功率，φ S為光纖環(huán)旋轉(zhuǎn)引起的相位差，φ 0為方波調(diào)制幅度V2+k3I，COS (&〇 = 〇，因此，21]=厶*1?*?〇。
[0020] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的另一個技術(shù)方案是:提供一種提高光纖陀全 溫標度因數(shù)穩(wěn)定性的功標因子歸一化裝置，包括：
[0021] 歸一化數(shù)學模型建立模塊，用于建立歸一化數(shù)學模型，所述歸一化常數(shù)模型
其 中，AU為每一調(diào)制周期內(nèi)奇偶采樣值的差值，Συ為每一調(diào)制周期內(nèi)奇偶采樣值的和值，A 為放大電路的總放大倍數(shù)，R為探測器的轉(zhuǎn)換系數(shù)，Po為不調(diào)制且光纖環(huán)靜止時光源到達探 測器的光功率，Φ 〇為調(diào)制幅度，Φ s為光纖環(huán)旋轉(zhuǎn)引起的相位差；
[0022] Y波導調(diào)制模塊，利用V2+k3i調(diào)制幅度通過Y波導對光波進行本征方波調(diào)制，其中， k為整數(shù)；
[0023]奇偶采樣值獲取模塊，用于分別對每一調(diào)制周期內(nèi)的正負半周期內(nèi)經(jīng)放大電路放 大后的電壓信號進行采樣，從而得到奇偶采樣值；
[0024]奇偶采樣值的差值及和值獲取模塊，用于根據(jù)每一調(diào)制周期內(nèi)的奇偶采樣值獲得 該周期內(nèi)的奇偶采樣值的差值以及該周期內(nèi)的奇偶采樣值的和值；
[0025] 歸一化模塊，用于根據(jù)所述歸一化數(shù)學模型將奇偶采樣值的差值以及奇偶采樣值 的和值相比，以將光纖陀螺解算過程中影響標度因數(shù)穩(wěn)定性的功率標度因數(shù)因子A*R*Po歸 一化，從而提1?標度因數(shù)的穩(wěn)定性。
[0026] 進一步的，所述奇偶采樣值獲取模塊還用于：
[0027] 通過
1得到正半周期的奇采樣值，其中，Po為 不調(diào)制且光纖環(huán)靜止時光源到達探測器的光功率，A為光纖陀螺內(nèi)部放大電路的總放大倍 數(shù)，R為探測器轉(zhuǎn)換系數(shù)，Φ〇為方波調(diào)制幅度：π/2+kii，c&s為光纖環(huán)旋轉(zhuǎn)引起的相位差；
[0028] 通i
得到負半周期的偶采樣值，其中，Po為 不調(diào)制且光纖環(huán)靜止時光源到達探測器的光功率，A為光纖陀螺內(nèi)部放大電路的總放大倍 數(shù)，R為探測器轉(zhuǎn)換系數(shù)，Φ〇為方波調(diào)制幅度：π/2+kii，c&s為光纖環(huán)旋轉(zhuǎn)引起的相位差。
[0029] 進一步的，所述奇偶采樣值的差值及和值獲取模塊，還用于通過以下公式獲取奇 偶采樣值的差值：
[0030] Δ U = P-_P+ = A*R*Po*sinC>osinC>s，其中，sinC>〇 = sin(3r/2+kJT) = 1，P〇為不調(diào)制 且光纖環(huán)不旋轉(zhuǎn)時光源到達探測器的光功率，Φ〇為方波調(diào)制幅度JT/2+kJi，Φ5為光纖環(huán)旋轉(zhuǎn) 引起的相位差。
[0031] 進一步的，所述奇偶采樣值差值及和值獲取，還用于通過以下公式獲取奇偶采樣 值的和值：
[0032] Σ U = U-+U+ = A*R*Pq+A*R*Pq*cos OqcosOs，其中，Po 為不調(diào)制且光纖環(huán)不旋轉(zhuǎn)時 光源到達探測器的光功率，φ S為光纖環(huán)旋轉(zhuǎn)引起的相位差，φ 0為方波調(diào)制幅度V2+k3I，COS (&〇 = 〇，因此，21]=厶*1?*?〇。
[0033] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的又一個方案是：提供一種光纖陀螺的調(diào)制解 調(diào)方法，包括以下步驟：
[0034]利用V2+kJi調(diào)制幅度通過Y波導對光波進行本征方波調(diào)制，其中，k為整數(shù)；
[0035] 分別對每一調(diào)制周期內(nèi)的正負半周期內(nèi)經(jīng)放大電路放大后的電壓信號進行采樣， 從而得到奇偶采樣值；
[0036] 根據(jù)每一調(diào)制周期內(nèi)的奇偶采樣值獲得該周期內(nèi)的奇偶采樣值的差值以及該周 期內(nèi)的奇偶采樣值的和值；
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