一种实现光纤陀螺大启动角速度的控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种实现光纤陀螺大启动角速度的控制装置及控制方法，属于光纤陀螺技术领域，解决了现有的大启动角速度光纤陀螺的精度和可靠性较低，难以兼容现有光纤陀螺的尺寸的问题。包括光纤陀螺、第一MEMS陀螺和第二MEMS陀螺，用于测量外界载体旋转时的角速度，并输出角速度信号至陀螺信号处理电路；陀螺信号处理电路，用于分别对光纤陀螺角速度信号、第一MEMS陀螺角速度信号和第二MEMS陀螺角速度信号进行处理，得到光纤陀螺角速度、第一MEMS陀螺角速度数据和第二MEMS陀螺角速度数据；算法模块用于利用第一MEMS陀螺角速度数据和第二MEMS陀螺角速度数据对光纤陀螺角速度进行修正，并将修正后的角速度作为光纤陀螺的输出角速度。速度。速度。

【技术实现步骤摘要】
一种实现光纤陀螺大启动角速度的控制装置及控制方法


[0001]本专利技术涉及光纤陀螺
，尤其涉及一种实现光纤陀螺大启动角速度的控制装置及控制方法。

技术介绍

[0002]光纤陀螺是一种基于sagnac效应的角速度传感器，与传统陀螺仪相比，其具有精度高、体积小、成本低等优点，所以越来越广泛应用于军事及民用领域。根据sagnac原理，光纤陀螺仅能在
±
π相位内角速度与相位差成正比，启动角速率Ω的输入范围为：式中L为光纤环敏感光纤长度，d为光纤环平均直径，λ为光波长。光纤陀螺在此量程以外的一些角速度区间存在着输出极性翻转的问题，表现为在量程外的角速度下启动，光纤陀螺输出异常。由上述公式可以看出，光纤陀螺的启动角速率与光纤环尺寸成反比，即光纤环尺寸越大启动角速率越小，但光纤陀螺精度却与光纤环尺寸成正比。这就使高精度陀螺由于测量范围问题而受到很大的应用限制。
[0003]目前，通常利用一个辅助陀螺实现陀螺大角速率动态范围，但是在实际应用中存在以下问题：首先，完全依赖一个辅助陀螺进行启动角速度扩展具有不可靠性，若该辅助陀螺出现故障会导致被辅助陀螺的角速率判别异常；其次，由于辅助陀螺和被辅助陀螺标度因数及稳定性的差异，在被辅助陀螺的奇数倍π相位附近启动，会造成条纹级数误判；再次，无论采用辅助光纤陀螺或是非芯片式MEMS陀螺，其体积都较大，对于98mm尺寸及以下尺寸陀螺均难以应用。
[0004]因此，现有的大启动角速度的光纤陀螺精度和可靠性较低，难以兼容现有光纤陀螺的尺寸，在现实中难以应用。<br/>
技术实现思路

[0005]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种实现光纤陀螺大启动角速度的控制装置及控制方法，用以解决现有的大启动角速度光纤陀螺的精度和可靠性较低，难以兼容现有光纤陀螺的尺寸的问题。
[0006]一方面，本专利技术实施例提供了一种实现光纤陀螺大启动角速度的控制装置，包括光纤陀螺、第一MEMS陀螺、第二MEMS陀螺、陀螺信号处理电路和算法模块；
[0007]所述光纤陀螺、第一MEMS陀螺和第二MEMS陀螺用于测量外界载体旋转时的角速度，并输出角速度信号至陀螺信号处理电路；
[0008]所述陀螺信号处理电路，用于分别对所述光纤陀螺角速度信号、第一MEMS陀螺角速度信号和第二MEMS陀螺角速度信号进行处理，得到光纤陀螺角速度、第一MEMS陀螺角速度数据和第二MEMS陀螺角速度数据；
[0009]所述算法模块，用于利用第一MEMS陀螺角速度数据和第二MEMS陀螺角速度数据对所述光纤陀螺角速度进行修正，并将修正后的角速度作为光纤陀螺的输出角速度；
[0010]所述陀螺信号处理电路，还用于获取光纤陀螺的输出角速度，对其处理后输出至
所述光纤陀螺，以使光纤陀螺恢复至零相位状态。
[0011]进一步地，所述算法模块包括陀螺信号处理器，所述陀螺信号处理器通过如下方式进行光纤陀螺角速度的修正：
[0012]判断第一MEMS陀螺角速度数据和第二MEMS陀螺角速度数据是否正确，若均正确，则获取第一MEMS陀螺角速度数据和第二MEMS陀螺角速度数据的均值，将其滤波后作为第三角速度数据；若其中一个不正确，则将正确的角速度数据进行滤波后，作为第三角速度数据；若均不正确，则判断数据异常；
[0013]基于所述第三角速度数据与光纤陀螺的启动角速度，获取修正后的光纤陀螺角速度。
[0014]进一步地，通过以下方式判断第一MEMS陀螺角速度数据和第二MEMS陀螺角速度数据是否正确：
[0015]若第一MEMS陀螺角速度数据与光纤陀螺角速度相同或相差光纤陀螺的偶数倍条纹对应的角速度，而与第二MEMS陀螺角速度数据相差大于预设的阈值D，则所述第二MEMS陀螺角速度数据不正确；
[0016]若第二MEMS陀螺角速度数据与光纤陀螺角速度相同或相差光纤陀螺的偶数倍条纹对应的角速度，而与第一MEMS陀螺角速度数据相差大于预设的阈值D，则所述第一MEMS陀螺角速度数据不正确；
[0017]若第一MEMS陀螺角速度数据与第二MEMS陀螺角速度数据输出相同，则第一MEMS陀螺角速度数据与第二MEMS陀螺角速度数据均正确；
[0018]否则第一MEMS陀螺角速度数据与第二MEMS陀螺角速度数据输出均不正确。
[0019]进一步地，所述基于第三角速度数据Ω
MC
与光纤陀螺的启动角速度Ωπ，获取修正后的光纤陀螺角速度，包括以下步骤：
[0020]若|Ω
MC
|≤|Ω
π
|，则将当前光纤陀螺角速度作为修正后的光纤陀螺角速度；否则判断第三角速度Ω
MC
所对应的光纤陀螺条纹级数N，光纤陀螺根据该条纹级数进行第一次重新闭环修正；
[0021]获取第一次重新闭环后的光纤陀螺第一角速度数据Ω
F1
，若|Ω
MC
‑
Ω
F1
|≤D，则将光纤陀螺第一角速度数据Ω
F1
作为修正后的光纤陀螺角速度；否则判定第三角速度Ω
MC
所对应的光纤陀螺条纹级数为N
‑
1，光纤陀螺根据该条纹级数进行第二次重新闭环修正；
[0022]获取第二次重新闭环后的光纤陀螺第二角速度数据Ω
F2
，若|Ω
MC
‑
Ω
F2
|≤D，则将光纤陀螺第二角速度数据Ω
F2
作为修正后的光纤陀螺角速度；否则判定第三角速度Ω
MC
所对应的光纤陀螺条纹级数为N+1，光纤陀螺根据该条纹级数进行第三次重新闭环修正；
[0023]获取第三次重新闭环后的光纤陀螺第三角速度数据Ω
F3
，并将光纤陀螺第三角速度数据Ω
F3
作为修正后的光纤陀螺角速度；
[0024]其中，在重新闭环修正期间，将第三角速度数据Ω
MC
作为修正后的光纤陀螺角速度。
[0025]进一步地，所述预设的阈值D取光纤陀螺的启动角速度数值的一半。
[0026]进一步地，所述光纤陀螺包括光源、耦合器、Y波导、光纤环、探测器；
[0027]所述光源、耦合器、Y波导、光纤环依次连接，当外界载体旋转时所述光源发出的光经耦合器进入Y波导，在Y波导的作用下，分成顺、逆时针方向两束光进入所述光纤环，顺、逆
时针传播的两束光之间产生与所述光纤环角速度成正比的Sagnac相移，使得出射光强信号发生变化；
[0028]所述探测器与所述耦合器连接，所述探测器接收所述光强信号并转化为电压信号，所述电压信号作为光纤陀螺角速度信号；
[0029]所述Y波导还接收所述陀螺信号处理电路输出的处理后角速度模拟信号，以使光纤陀螺恢复至零相位状态。
[0030]进一步地，所述陀螺信号处理电路包括前级运算放大器、A/D转换器、后级运算放大器、D/A转换器、光纤陀螺信号解调器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现光纤陀螺大启动角速度的控制装置，其特征在于，包括光纤陀螺、第一MEMS陀螺、第二MEMS陀螺、陀螺信号处理电路和算法模块；所述光纤陀螺、第一MEMS陀螺和第二MEMS陀螺用于测量外界载体旋转时的角速度，并输出角速度信号至陀螺信号处理电路；所述陀螺信号处理电路，用于分别对所述光纤陀螺角速度信号、第一MEMS陀螺角速度信号和第二MEMS陀螺角速度信号进行处理，得到光纤陀螺角速度、第一MEMS陀螺角速度数据和第二MEMS陀螺角速度数据；所述算法模块，用于利用第一MEMS陀螺角速度数据和第二MEMS陀螺角速度数据对所述光纤陀螺角速度进行修正，并将修正后的角速度作为光纤陀螺的输出角速度；所述陀螺信号处理电路，还用于获取光纤陀螺的输出角速度，对其处理后输出至所述光纤陀螺，以使光纤陀螺恢复至零相位状态。2.根据权利要求1所述的实现光纤陀螺大启动角速度的控制装置，其特征在于，所述算法模块包括陀螺信号处理器，所述陀螺信号处理器通过如下方式进行光纤陀螺角速度的修正：判断第一MEMS陀螺角速度数据和第二MEMS陀螺角速度数据是否正确，若均正确，则获取第一MEMS陀螺角速度数据和第二MEMS陀螺角速度数据的均值，将其滤波后作为第三角速度数据；若其中一个不正确，则将正确的角速度数据进行滤波后，作为第三角速度数据；若均不正确，则判断数据异常；基于所述第三角速度数据与光纤陀螺的启动角速度，获取修正后的光纤陀螺角速度。3.根据权利要求2所述的实现光纤陀螺大启动角速度的控制装置，其特征在于，通过以下方式判断第一MEMS陀螺角速度数据和第二MEMS陀螺角速度数据是否正确：若第一MEMS陀螺角速度数据与光纤陀螺角速度相同或相差光纤陀螺的偶数倍条纹对应的角速度，而与第二MEMS陀螺角速度数据相差大于预设的阈值D，则所述第二MEMS陀螺角速度数据不正确；若第二MEMS陀螺角速度数据与光纤陀螺角速度相同或相差光纤陀螺的偶数倍条纹对应的角速度，而与第一MEMS陀螺角速度数据相差大于预设的阈值D，则所述第一MEMS陀螺角速度数据不正确；若第一MEMS陀螺角速度数据与第二MEMS陀螺角速度数据输出相同，则第一MEMS陀螺角速度数据与第二MEMS陀螺角速度数据均正确；否则第一MEMS陀螺角速度数据与第二MEMS陀螺角速度数据输出均不正确。4.根据权利要求2所述的实现光纤陀螺大启动角速度的控制装置，其特征在于，所述基于第三角速度数据Ω
MC
与光纤陀螺的启动角速度Ωπ，获取修正后的光纤陀螺角速度，包括以下步骤：若|Ω
MC
|≤|Ω
π
|，则将当前光纤陀螺角速度作为修正后的光纤陀螺角速度；否则判断第三角速度Ω
MC
所对应的光纤陀螺条纹级数N，光纤陀螺根据该条纹级数进行第一次重新闭环修正；获取第一次重新闭环后的光纤陀螺第一角速度数据Ω
F1
，若|Ω
MC
‑
Ω
F1
|≤D，则将光纤陀螺第一角速度数据Ω
F1
作为修正后的光纤陀螺角速度；否则判定第三角速度Ω
MC
所对应的光纤陀螺条纹级数为N
‑
1，光纤陀螺根据该条纹级数进行第二次重新闭环修正；
获取第二次重新闭环后的光纤陀螺第二角速度数据Ω
F2
，若|Ω
MC
‑
Ω
F2
|≤D，则将光纤陀螺第二角速度数据Ω
F2
作为修正后的光纤陀螺角速度；否则判...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁霄，罗瑞，谢良平，卜艺飞，闫子仪，
申请(专利权)人：中航捷锐北京光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：