一种光纤陀螺反馈残余调制相位的测试方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光纤陀螺反馈残余调制相位的测试方法及装置。利用数字信号处理芯片控制数模转换器输出预先设定的模拟Sagnac相位差信号，将输出的模拟Sagnac相位差信号与光纤陀螺自身的调制反馈信号进行叠加，然后输入光纤陀螺的Y波导相位调制器中，模拟Sagnac相位差信号用于模拟真实运动带来的Sagnac相位差；实时利用数字信号处理芯片同步采集经光纤陀螺对模拟Sagnac相位差信号进行响应后的探测器信号，对模拟Sagnac相位差与探测器信号进行处理计算获得结果；装置包括AD转换器、数字信号处理芯片和DA转换器。本发明专利技术方法简单可靠，用于光纤陀螺调制解调及反馈性能评估，能模拟复杂条件输入下的反馈残余调制相位，为光纤陀螺动态性能提升提供参考依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤陀螺反馈残余调制相位测试，主要用于光纤陀螺调制解调方案残余相位测试，方法简单可靠，可用于光纤陀螺调制解调方案的评估。
技术介绍
光纤陀螺是一种没有转子的新型全固态惯性仪表，其基本原理是通过测量角运动引起的Sagnac相位差获得输入角速度。光纤陀螺具有无运动部件、工艺简单、精度覆盖面广、动态范围大、启动快、寿命长、抗冲击、耐过载等优点，在航天、航空、航海和兵器等军用领域和众多民用领域具有广阔的发展前景，引起世界各国的关注，成为了21世纪惯性
的主流陀螺仪之一，成为了惯性导航和战略应用领域的主要仪表。光纤陀螺本质上是一个赛格奈克干涉仪，根据赛格奈克效应，当光纤陀螺转动时，会引入一个与转动角速度成正比的相位差，通过检测这一相位差可以获得相应的角速率信息。实际的光纤陀螺为了提高检测的灵敏度和线性度，通常采用方波相位调制，使干涉仪工作在一个偏置工作点上。当采用的方波相位调制信号如下所示时，式中Δφbias为调制相位；φbias为调制相位的幅度；T为方波相位调制信号的周期，一般等于两倍的光纤陀螺中光纤环的螺渡越时间。相应的光纤陀螺输出光强信号为式中I为光纤陀螺的干涉信号，I0为到达光纤陀螺探测器的光强信号；Δφr为旋转引起的赛格奈克非互易相移的大小。调制方波正负半周对应的光纤陀螺干涉信号相减，即可获得一个与赛格奈克非互易相移相关的解调信号，从而获得角速率信息，如下所示ΔI=2I0sin(φbias)sin(Δφr)式中ΔI即为解调信号。闭环光纤陀螺在开环光纤陀螺的基础上引入反馈回路，实现光纤陀螺的闭环控制。闭环光纤陀螺的探测器输出（解调信号）作为反馈伺服回路的误差信号。反馈控制的一般思路为通过对解调信号（误差）积分，反馈控制Y波导相位调制器，形成反馈相位差，用于补偿由转速形成的Sagnac相位差。光纤陀螺的反馈残余调制相位即为转速形成的Sagnac相位差与反馈补偿的相位差之间的误差。受限于光纤陀螺主控芯片，调制解调算法复杂度有限，一般采用近似的方法。同时这些效应与光纤陀螺的系统硬件集成有关，不同的光纤陀螺有不同的表现。在动态条件下，其反馈残余调制相位性能之间影响了光纤陀螺动态条件下的性能。不同条件下，光纤陀螺反馈残余调制相位性能也略有差别，因此现有技术缺少了针对完整陀螺系统的不干扰陀螺系统运行的测试方法及装置，本专利技术技术方案即解决该问题。
技术实现思路
针对光纤陀螺反馈残余调制相位的测试，本专利技术的目的在于提供一种光纤陀螺反馈残余调制相位的测试方法及装置，可用于光纤陀螺调制解调方案性能的评估。本专利技术的技术方案是：一、一种光纤陀螺反馈残余调制相位的测试方法：利用数字信号处理芯片控制数模转换器输出预先设定的模拟Sagnac相位差信号，将输出的模拟Sagnac相位差信号与光纤陀螺自身的调制反馈信号进行叠加，然后输入光纤陀螺的Y波导相位调制器中，模拟Sagnac相位差信号用于模拟真实运动带来的Sagnac相位差；实时利用数字信号处理芯片同步采集经光纤陀螺对模拟Sagnac相位差信号进行响应后的探测器信号，对模拟Sagnac相位差与探测器信号进行处理计算，获得针对当前调制解调反馈方案的反馈残余调制相位。所述模拟Sagnac相位差信号与光纤陀螺自身的调制反馈信号是利用加法器进行幅值的叠加。所述的模拟Sagnac相位差信号和探测器信号均与光纤陀螺内部调制反馈时序一致，即频率及相位一致，其实现是通过光纤陀螺内部的主控芯片输出同步信号实现。所述对模拟Sagnac相位差与探测器信号进行处理计算具体是：利用用于输出模拟Sagnac相位差信号的预先已设定的模拟Sagnac相位差时序数据Di和采集到的探测器信号的时序数据Do，采用以下公式线经过相位解算，获得各自对应的时序相位φi和φo：其中，KDA为模数转换系数，KDAe为反馈回路电路增益，Vπ为Y波导相位调制器半波电压，I0为光源光强的一半，KAD为数模转换系数，KADe为光纤陀螺探测器及电路增益，φi和φo分别表示模拟Sagnac相位差信号和探测器信号的时序相位；接着采用以下公式将模拟Sagnac相位差信号的时序相位φi和探测器信号的时序相位φo相减，获得反馈补偿相位量φfb：φfb(i-1)=φo(i)-φi(i)最后，将反馈补偿相位量φfb减探测器信号的相位φo，获得当前调制解调反馈方案的反馈残余调制相位。二、一种光纤陀螺反馈残余调制相位的测试装置：光纤陀螺包括光源、耦合器、探测器、前放滤波器、主控芯片、Y波导相位调制器、光纤环，测试装置包括AD转换器、数字信号处理芯片和DA转换器，光纤陀螺的前放滤波器输出端经AD转换器与数字信号处理芯片的信号输入端连接，数字信号处理芯片的信号输出端经DA转换器连接到加法器的一个输入端，加法器的另一个输出端与光纤陀螺内部自身的调制反馈信号连接，加法器的输出端与光纤陀螺的Y波导相位调制器连接，光纤陀螺的主控芯片与数字信号处理芯片连接。所述DA转换器输出模拟Sagnac相位差信号，模拟Sagnac相位差信号与光纤陀螺自身的调制反馈信号利用放大电路加法器叠加。所述光纤陀螺的主控芯片输出同步信号到数字信号处理芯片，使得数字信号处理芯片实时同步采集前放滤波器输出的探测器信号，进而使得模拟Sagnac相位差信号和探测器信号均与光纤陀螺内部调制反馈时序一致。本专利技术的有益效果是：本专利技术方法简单可靠，适用于模拟复杂运动下的反馈残余调制相位测试，通过外部的测试装置能获得光纤陀螺反馈残余调制相位，能适用于针对不同的调制解调方案进行筛选和改进。本专利技术方法简单可靠，用于光纤陀螺调制解调及反馈性能评估，能模拟复杂条件输入下的反馈残余调制相位，为光纤陀螺动态性能提升提供参考依据。附图说明图1是光纤陀螺反馈残余调制相位的测试方法及装置的结构示意图。图2是光纤陀螺反馈残余调制相位的测试方法及装置中的信号叠加典型方案。图3是光纤陀螺反馈残余调制相位的测试方法及装置的信号传递示意图。图4是光纤陀螺反馈残余调制相位的测试方法及装置的信号波形示意图。图5是光纤陀螺反馈残余调制相位的测试方法及装置的典型模拟Sagnac相位差信号。图6是光纤陀螺反馈残余调制相位的测试方法及装置的两种不同解调方式下获得的残余相位。图7是光纤陀螺反馈残余调制相位的测试方法及装置的实施步骤简图A。图8是光纤陀螺反馈残余调制相位的测试方法及装置的实施步骤简图B。具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术作进一步说明。本专利技术的实施例如下：本方法主要是在现有光纤陀螺结构的基础上添加测试系统，如图1所示，包括AD转换器、数字信号处理芯片和DA转换器，光纤陀螺的前放滤波器输出端经AD转换器与数字信号处理芯片的信号输入端连接，数字信号处理芯片的信号输出端经DA转换器连接到加法器的一个输入端，加法器的另一个输出端与光纤陀螺内部自身的调制反馈信号连接，加法器的输出端与光纤陀螺的Y波导相位调制器连接，光纤陀螺的主控芯片与数字信号处理芯片连接。数字信号处理芯片主要包括FPGA、DSP、ARM等，数字信号处理芯片向数模转换器输出模拟Sagnac相位差的数字信号Di，经过DA与放大电路转换为模拟信号di，在与光纤陀螺的反馈信号dfb经过电压加法器（典型结构如图2所示），共同作用在Y波导相位调制器上。图2中，模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤陀螺反馈残余调制相位的测试方法，其特征在于方法是：利用数字信号处理芯片控制数模转换器输出预先设定的模拟Sagnac相位差信号，将输出的模拟Sagnac相位差信号与光纤陀螺自身的调制反馈信号进行叠加，然后输入光纤陀螺的Y波导相位调制器中，模拟Sagnac相位差信号用于模拟真实运动带来的Sagnac相位差；实时利用数字信号处理芯片同步采集经光纤陀螺对模拟Sagnac相位差信号进行响应后的探测器信号，对模拟Sagnac相位差与探测器信号进行处理计算，获得反馈残余调制相位。

【技术特征摘要】
1.一种光纤陀螺反馈残余调制相位的测试方法，其特征在于方法是：利用数字信号处理芯片控制数模转换器输出预先设定的模拟Sagnac相位差信号，将输出的模拟Sagnac相位差信号与光纤陀螺自身的调制反馈信号进行叠加，然后输入光纤陀螺的Y波导相位调制器中，模拟Sagnac相位差信号用于模拟真实运动带来的Sagnac相位差；实时利用数字信号处理芯片同步采集经光纤陀螺对模拟Sagnac相位差信号进行响应后的探测器信号，对模拟Sagnac相位差与探测器信号进行处理计算，获得反馈残余调制相位。2.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺反馈残余调制相位的测试方法，其特征在于：所述模拟Sagnac相位差信号与光纤陀螺自身的调制反馈信号是利用加法器进行幅值的叠加。3.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺反馈残余调制相位的测试方法，其特征在于：所述的模拟Sagnac相位差信号和探测器信号均与光纤陀螺内部调制反馈时序一致，即频率及相位一致，其实现是通过光纤陀螺的主控芯片输出同步信号实现。4.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺反馈残余调制相位的测试方法，其特征在于：所述对模拟Sagnac相位差与探测器信号进行处理计算具体是：利用用于输出模拟Sagnac相位差信号的预先已设定的模拟Sagnac相位差时序数据Di和采集到的探测器信号的时序数据Do，采用以下公式线经过相位解算，获得各自对应的时序相位φi和φo：φi=Di*KDA*KDAe*πVπ]]>φo=arccos(DoI0*KAD*KADe)]]>其中，KDA为模数转换系数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杏藩，毕然，刘承，舒晓武，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33