一种提高激光陀螺精度的控制方法和系统技术方案

本发明专利技术提出一种提高激光陀螺的精度的控制系统，包括：第一光电管(1)，其接收激光陀螺的顺时针或者逆时针光束，并将光信号转化为第一电信号，第一电信号含有背向散射信号的光强信息；第二光电管(2)，其接收激光陀螺的顺时针光与逆时针光干涉后的拍频光信号，并将此拍频光信号转化为第二电信号；计算装置，对第一电信号中的交流分量和第二电信号中的一路交流分量进行相干解调，以获得背向散射幅度的信息；PZT驱动电路，其驱动激光陀螺的反射镜的位移，以使得所述背向散射幅度最小。本发明专利技术还对应提出一种激光陀螺背向散射的控制方法。本发明专利技术能有效降低背向散射对激光陀螺的影响，提升激光陀螺的零偏稳定性和重复性，并减少了硬件开销。开销。开销。

【技术实现步骤摘要】
一种提高激光陀螺精度的控制方法和系统


[0001]本专利技术涉及激光陀螺的误差消除技术，更具体地，涉及一种提高激光陀螺精度的控制方法和系统。

技术介绍

[0002]激光陀螺是用于测量运动体角速率的传感器，是现代惯性导航技术中常用的传感器种类之一。常用的激光陀螺谐振腔形状为四边形或三角形，相应的谐振腔反射镜有4个或3个。
[0003]激光陀螺使用时存在一个“闭锁区域”，也称“锁区效应”。背向散射是激光陀螺锁区形成的主要原因，如何减少背向散射的影响，是提高激光陀螺精度与寿命的关键问题之一。背向散射主要来源于反射镜镜面的抛光状况、光学元件的散射、气体尘埃的散射与吸收等。
[0004]产生背向散射对激光陀螺锁区影响的机理是：反射镜的背向散射光与环形谐振内本应独立传播的顺、逆时针两束光产生了某种程度的耦合效应，使这四束光(谐振腔内原有顺、逆时针方向的两束光，以及两个方向上的背向散射光，共计四束光)产生一定的频率同步，引起锁区。
[0005]为了减小锁区对激光陀螺的影响，国内外采取的方法主要有：(1)提高镀膜水平，降低反射镜损耗；(2)陀螺采取小抖动偏频工作方式；(3)采用四频差动技术；(4)对激光陀螺的控制方式和信号处理方式进行优化设计与控制。
[0006]实际上，在加入抖动偏频措施后的激光陀螺还需进一步通过控制背向散射大小来控制激光陀螺的锁区，使闭锁阈值处于稳定或极小，进一步减小锁区所产生的影响，进而提高激光陀螺的性能。
[0007]用于检测激光陀螺顺时针(CW)与逆时针(CCW)两束光的光电管输出的信号中有一部分信号代表了激光陀螺中背向散射信号，它包含了光在反射镜、谐振腔毛细孔中、光阑上的散射，该散射进入CW与CCW两束光波中并与其耦合产生了锁区。经过合理的调腔、谐振腔设计、毛细孔与光阑加工后，可以减小谐振腔毛细孔中及光阑上的散射，在优化上述参数之后，背向散射主要是反射镜表面状况引起。
[0008]由于背向散射是引起激光陀螺锁区的主要原因，因此通过控制反射镜上的背向散射大小即可控制激光陀螺的锁区，使闭锁阈值处于稳定或极小。锁区控制的任务是在规定的温度范围内，保持反射镜的背向散射信号为最小。传统的锁区控制系统利用的是两个直流光电管中的交流成分来工作，两个光电管的光信号分别经过前置放大器转换为电压信号，之后该两路信号被送到相干解调器中解调出携带有背向散射信息的信号并经过低通滤波器后转换为与背向散射信号有关的直流幅度，该直流幅度经过模拟开关送到A/D转换器。经A/D转换为数字形式送入计算装置。在计算装置中，主控程序根据背向散射信号的幅度信息，通过D/A转换器发出调整信号，并经过放大器放大驱动系统的执行元件PZT，与PZT固连在一起的反射镜根据指令移动，达到锁区控制的目的。
[0009]传统方法使用了不少于3个光电管，硬件开销较大，算法复杂，并且与国内已有的绝大部分陀螺硬件方案不兼容。

技术实现思路

[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种提高激光陀螺的精度的控制系统，包括：第一光电管，第一光电管为单象限光电管，第一光电管接收激光陀螺的顺时针或者逆时针光束，并将顺时针或者逆时针的出射光信号转化为第一电信号，所述第一电信号含有背向散射信号的光强信息；第二光电管，第二光电管为双象限光电管，第二光电管接收激光陀螺的顺时针光与逆时针光干涉后的拍频光信号，并将此拍频光信号转化为第二电信号；计算装置，其接收所述第一电信号和所述第二信号，并对所述第一电信号中的交流分量和所述第二电信号中的一路交流分量进行相干解调，以获得背向散射幅度的信息；PZT驱动电路，其驱动激光陀螺的反射镜的位移方向，以使得所述背向散射幅度最小。
[0011]优选地，所述计算装置在保持激光陀螺的腔长不变时，根据激光陀螺腔长和光强的周期性变化关系，确定所述相干解调的结果的最小值，其中，R
10
为背向散射系数，I
10
、I
20
分别为顺时针或逆时针光的光强幅度，β1为该方向接收到的光信号中背向散射光的相位，PZT驱动电路驱动激光陀螺的反射镜的位移方向和距离，使得所述相干解调的结果达到最小值。
[0012]优选地，所述计算装置对第一电信号进行低通滤波得到正弦调制电压来施加到激光陀螺的PZT驱动电路上，使得所述激光陀螺工作在稳频点。
[0013]优选地，计算装置包括高通滤波器和低通滤波器，其中第一电信号通过高通滤波器后得到所述交流分量，第一电信号通过低通滤波器得到直流分量，相干解调的信号和所述直流分量施加到PZT驱动电路上以使得所述激光陀螺工作在稳频点。
[0014]优选地，所述反射镜的位移包括：反射角度；同时靠近激光陀螺中心；同时远离激光陀螺中心；一个靠近激光陀螺中心，另一个远离激光陀螺中心。
[0015]优选地，保持腔长不变，PZT控制电路根据所述背向散射幅度的信息调整反射镜位置，计算装置检测光强信号和背向散射幅度，直到光强信号达到最大值，且背向散射幅度最小。
[0016]本专利技术提出一种提高激光陀螺的精度的控制方法，包括：通过单象限光电管接收激光陀螺的顺时针或者逆时针的光，并将光信号转化为第一电信号；通过双象限光电管接收激光陀螺顺时针光与逆时针光干涉后的拍频光信号，并将此拍频光信号转化为第二电信号；对所述第一电信号中的交流信号和所述第二电信号中的一路交流成分进行相干解调，以获得背向散射幅度信息；驱动激光陀螺的反射镜的位移方向，以使得所述背向散射幅度最小。
[0017]优选地，在保持激光陀螺的腔长不变时，根据激光陀螺腔长和光强的周期性变化关系，确定相干解调的结果的最小值，其中，R
10
为背向散射系数，I
10
、I
20
分别为顺时针或逆时针光的光强幅度，β1为该方向接收到的光信号中背向散射光的相位；以所述最小值来驱动激光陀螺的多个反射镜的位移方向和距离。
[0018]优选地，通过对第一电信号进行低通滤波得到正弦调制电压来施加到激光陀螺的
PZT驱动电路上，使得所述激光陀螺工作在稳频点；以及，检测光强信号和背向散射幅度，直到光强信号达到最大值，且背向散射幅度最小。
[0019]优选地，所述反射镜的位移包括：反射镜的反射角度；同时靠近激光陀螺中心；同时远离激光陀螺中心；一个靠近激光陀螺中心，另一个远离激光陀螺中心。
[0020]本专利技术的有益效果包括：控制过程中仅使用1个单象限光电管和1个双象限光电管输出信号，采用相干解调实现背向散射的解算，去除了此前解算背向散射光需要2个单象限光电管同时探测CW和CCW两束光的硬件要求，硬件的兼容性好，减少了硬件开销，能有效降低背向散射对激光陀螺的影响，大幅提升激光陀螺的零偏稳定性和重复性。
附图说明
[0021]为了更容易理解本专利技术，将通过参照附图中示出的具体实施方式更详细地描述本专利技术。这些附图只描绘了本专利技术的典型实施方式，不应认为对本专利技术保护范围的限制。
[0022]图1为本专利技术激光陀螺结构和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高激光陀螺的精度的控制系统，其特征在于，包括：第一光电管(1)，第一光电管(1)为单象限光电管，第一光电管(1)接收激光陀螺的顺时针或者逆时针光束，并将顺时针或者逆时针的出射光信号转化为第一电信号，所述第一电信号含有背向散射信号的光强信息；第二光电管(2)，第二光电管(2)为双象限光电管，第二光电管(2)接收激光陀螺的顺时针光与逆时针光干涉后的拍频光信号，并将此拍频光信号转化为第二电信号；计算装置，其对所述第一电信号中的交流分量和所述第二电信号中的一路交流分量进行相干解调，以获得背向散射幅度的信息；PZT驱动电路，其驱动激光陀螺的反射镜的位移方向，以使得所述背向散射幅度最小。2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述计算装置在保持激光陀螺的腔长不变时，根据激光陀螺腔长和光强的周期性变化关系，确定所述相干解调的结果的最小值，其中，R
10
为背向散射系数，I
10
、I
20
分别为顺时针或逆时针光的光强幅度，β1为该方向接收到的光信号中背向散射光的相位，PZT驱动电路驱动激光陀螺的反射镜的位移方向和距离，使得所述相干解调的结果达到最小值。3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述计算装置对第一电信号进行低通滤波得到正弦调制电压来施加到激光陀螺的PZT驱动电路上，使得所述激光陀螺工作在稳频点。4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，计算装置包括高通滤波器和低通滤波器，其中第一电信号通过高通滤波器后得到所述交流分量，第一电信号通过低通滤波器得到直流分量，相干解调的信号和所述直流分量施加到PZT驱动电路上以使得所述激光陀螺工作在稳频点。5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述反射镜的位移包括：反射角度；同时靠近激光陀螺中心；同时远...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢广锋，王飞，王凡，
申请(专利权)人：湖南二零八先进科技有限公司，
类型：发明
国别省市：