一种谐振式光学陀螺的快速复位锁定方法技术

本发明专利技术公开了一种谐振式光学陀螺的快速复位锁定方法，该方法包括当可调谐激光器的实际频率调谐量超出设定频率复位阈值[f

【技术实现步骤摘要】
一种谐振式光学陀螺的快速复位锁定方法


[0001]本申请涉及光学陀螺
，具体涉及一种谐振式光学陀螺的快速复位锁定装置及方法。

技术介绍

[0002]谐振式光学陀螺是一种基于Sagnac效应的角速度传感器，通过检测光学谐振腔的顺逆两个方向谐振频率差得到转动角速度。相比于干涉式光学陀螺，谐振式光学陀螺在满足同样的性能指标时，需要的谐振腔环长大大缩短，从而更具小型化与集成化的潜质。
[0003]谐振式光学陀螺的工作条件是激光器频率处在谐振腔谐振频率附近半高全宽范围以内。由于激光器的频率稳定性有限，以及谐振频率随温度变化极大，谐振式光学陀螺目前大多采用闭环反馈锁定式工作方案：将可调谐激光器的光频率锁定在谐振腔一个方向的谐振频率上，此时光频率和谐振腔另一个方向上的谐振频率差即为顺逆两方向谐振频率差。实际中，当反馈锁定的调谐电压飘出控制电路电压范围时，闭环反馈将会失锁，陀螺无法正常工作。另一方面，谐振式光学陀螺中采用的可调谐激光器频率响应带宽有限，因此仅通过施加简单阶跃信号的方式，无法将激光器频率稳定移动至能够锁定的另一谐振频率附近。
[0004]综上，谐振式光学陀螺长时间在变温环境中工作时，频率失锁是不可避免的，快速并准确的复位方法有助于提高谐振式光学陀螺的数据有效性。

技术实现思路

[0005]本申请实施例的目的是提供一种谐振式光学陀螺的快速复位锁定方法，以克服可调谐激光器对阶跃调制信号响应的有限性，减少谐振式光学陀螺的失锁复位时间，减小变温环境中复位导致的测量误差。
[0006]根据本申请实施例，提供一种谐振式光学陀螺的快速复位锁定方法，其特征在于，所述谐振式光学陀螺包括可调谐激光器、相位调制模块、以光学谐振腔为核心的Sagnac效应发生光路、光电转换模块、锁相放大解调模块、伺服控制模块和复位控制模块，所述可调谐激光器的发出的光经过相位调制模块的调制，进入以光学谐振腔为核心的Sagnac效应发生光路，其输出光被光电转换模块转换为电信号后，由锁相放大解调模块解调；当陀螺处于稳定闭环状态时，解调结果进入伺服控制模块，产生反馈电压，施加于可调谐激光器的频率调谐端；当陀螺处于频率复位状态时，解调结果作为复位控制模块的判定依据，由复位控制模块输出反馈电压施加于可调谐激光器的频率调谐端；
[0007]该快速复位锁定方法包括：
[0008]当可调谐激光器的实际频率调谐量大于设定频率复位阈值f
max
时，陀螺进入频率复位状态，频率调谐量先减小f1，再以f2为步长不断减小，直到激光器输出频率进入正向反馈区后，频率调谐量根据解调输出进行比例反馈，待激光器输出频率靠近谐振腔谐振频率后，完成复位，进入稳定闭环状态；
[0009]当可调谐激光器的实际频率调谐量小于设定频率复位阈值f
min
时，陀螺进入频率复位状态，频率调谐量先增大f1，再以f2为步长不断增大，直到激光器输出频率进入正向反馈区后，频率调谐量根据解调输出进行比例反馈，待激光器输出频率靠近谐振腔谐振频率后，完成复位，进入稳定闭环状态；
[0010]当可调谐激光器的实际频率调谐量位于设定频率复位阈值[f
min
,f
max
]之间时，陀螺位于稳定闭环状态，采取比例积分控制将激光器输出频率锁定至谐振腔谐振频率处。
[0011]可选地，所述设定频率复位阈值[f
min
,f
max
]小于可调谐激光器的频率调谐范围，大于光学谐振腔的一个自由光谱区。
[0012]可选地，所述频率调谐量的变化值f1大于光学谐振腔的一个自由光谱区范围，f2小于光学谐振腔半高全宽的1/3。
[0013]可选地，所述正向反馈区指以谐振腔谐振频率为中心的一段频率区域，其范围在谐振腔半高全宽的1～1.5倍之间。
[0014]可选地，所述完成复位的判定条件为激光器频率进入谐振腔谐振频率附近小于半高全宽1/10的范围内。
[0015]可选地，所述相位调制模块至少由一个信号发生器和一个相位调制器构成，且信号发生器产生的相位调制频率小于光学谐振腔的半高全宽。
[0016]可选地，所述以光学谐振腔为核心的Sagnac效应发生光路包括一个光学分束器、两个光学环形器(或光学耦合器)和一个光学谐振腔，经过相位调制后的光分两路分别通过光学环形器(或光学耦合器)，以顺时针和逆时针两个方向分别进入光学谐振腔，从光学谐振腔传出的两路光再分别通过另一个光学环形器(或光学耦合器)，最终从Sagnac效应发生光路中输出。
[0017]可选地，所述以光学谐振腔为核心的Sagnac效应发生光路由光纤器件或集成光学器件构成，光学谐振腔的结构为透射式谐振腔或反射式谐振腔。
[0018]可选地，所述锁相放大解调模块至少包含两个锁相放大器，分别对顺逆两个传输光方向的信号进行解调，解调频率等于相位调制频率，顺逆两个方向的解调结果之一为陀螺输出，另一路解调结果进入伺服控制模块或复位控制模块。
[0019]本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0020]由上述实施例可知，本申请不增加谐振式光学陀螺系统硬件负担，仅在软件中采用了分段式的复位方法。在复位开始之初，将频率调谐量朝超出阈值相反的方向变化f1，由于温度变化和激光器自身的频率漂移大多呈单方向趋势，此方法能够增大复位完成后的频率调谐量与设定频率复位阈值的距离，从而减少复位的频次。紧接着，激光器输出频率持续单方向线性移动，在连续移频靠近谐振腔谐振峰频率的同时，克服了可调谐激光器对阶跃调制信号的响应有限问题。其次，在光频进入正向反馈区范围后，采用比例反馈能够提高响应速度，使光频快速靠近谐振频率。当光频接近谐振频率并完成复位后，采用比例积分反馈能够减小比例反馈带来的锁定残差，提高锁定精度和稳定性。综上，本专利技术通过分段式的复位方法，能够有效减少复位频次，克服可调谐激光器带宽有限问题，缩短复位时间，从而减小温变环境下的输出误差。
[0021]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0022]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0023]图1是根据一示例性实施例示出的一种谐振式光学陀螺的结构示意图。
[0024]图2是根据一示例性实施例示出的一种谐振式光学陀螺的快速复位锁定方法的流程图。
[0025]图3是根据一示例性实施例示出的一种谐振式光学陀螺的快速复位锁定方法参数选择示意图。
具体实施方式
[0026]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种谐振式光学陀螺的快速复位锁定方法，其特征在于，所述谐振式光学陀螺包括可调谐激光器、相位调制模块、以光学谐振腔为核心的Sagnac效应发生光路、光电转换模块、锁相放大解调模块、伺服控制模块和复位控制模块.所述可调谐激光器的发出的光经过相位调制模块的调制，进入以光学谐振腔为核心的Sagnac效应发生光路，其输出光被光电转换模块转换为电信号后，由锁相放大解调模块解调；当陀螺处于稳定闭环状态时，解调结果进入伺服控制模块，产生反馈电压，施加于可调谐激光器的频率调谐端；当陀螺处于频率复位状态时，解调结果作为复位控制模块的判定依据，由复位控制模块输出反馈电压施加于可调谐激光器的频率调谐端；该快速复位锁定方法包括：当可调谐激光器的实际频率调谐量大于设定频率复位阈值f
max
时，陀螺进入频率复位状态，频率调谐量先减小f1，再以f2为步长不断减小，直到激光器输出频率进入正向反馈区后，频率调谐量根据解调输出进行比例反馈，待激光器输出频率靠近谐振腔谐振频率后，完成复位，进入稳定闭环状态；当可调谐激光器的实际频率调谐量小于设定频率复位阈值f
min
时，陀螺进入频率复位状态，频率调谐量先增大f1，再以f2为步长不断增大，直到激光器输出频率进入正向反馈区后，频率调谐量根据解调输出进行比例反馈，待激光器输出频率靠近谐振腔谐振频率后，完成复位，进入稳定闭环状态；当可调谐激光器的实际频率调谐量位于设定频率复位阈值[f
min
,f
max
]之间时，陀螺位于稳定闭环状态，采取比例积分控制将激光器输出频率锁定至谐振腔谐振频率处。2.根据权利要求1所述的谐振式光学陀螺的快速复位锁定方法，其特征在于，所述设定频率复位阈值[f
min
,f
max
]小于可调谐激光器的频率调...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈侃，龚怡佳，毕然，佘玄，舒晓武，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：