一种改善光纤陀螺低角速率下标度因数非线性的方法技术

一种改善光纤陀螺低角速率下标度因数非线性的方法，将A/D转换器采 集数据的最低位进行存储并组合出一个二进制数，对FPGA内的线性反馈移 位寄存器进行设置，由寄存器来生成伪随机码序列，防止由于复位引起周期性 的电子串扰误差，进一步根据输入角速率的大小，对光源的驱动电流大小进控 制。当光纤陀螺输入角速率较小时，对光源输入较大的驱动电流，提高到达探 测器的光功率，增强Sagnac相位差信号，从而改善光纤陀螺低角速率下的标 度因数非线性；当光纤陀螺输入角速率较大时，对光源输入较小的驱动电流， 降低电路的发热量及功耗，也有利于提高陀螺信号处理电路的电磁兼容性能和 抑制温度引起的陀螺漂移。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种改善光纤陀螺标度因数非线性的方法，尤其涉及一种改善 干涉式光纤陀螺低角速率下标度因数非线性的方法，通过采用伪随机调制序列 以及根据输入角速率大小对光源光功率进行控制乂人而改善光纤陀螺低角速率下 标度因数非线性。
技术介绍
光纤陀螺具有体积小、重量轻、启动快、可靠性高、寿命长等优点，而被广泛应用于导航、控制等系统中。干涉式光纤陀螺是基于Sagnac效应的一种 角速度传感器，如图1所示其构成包括光源1、耦合器2、多功能集成光学 器件3、光纤环4、探测器5、光源驱动电路11、光源温控电路6、 A/D转换 器8、 FPGA9、 D/A转换器10等。光源1发出的光波经过耦合器2以及多功 能集成光学器件3后，分为两束相向传播的光，当光纤环4的敏感轴方向有角 速度输入时，在两束光之间产生Sagnac相位差，并发生千涉，通过探测器转 换为电信号并经过处理就可以获得对应的输入角速度。目前，光纤陀螺一般采用固定调制波形对多功能集成光学器件进行调制， 但是由于2tt复位信号的存在，会周期性地产生两种工作模式A和B, A工 作模式是幅度为tt/2的方波，B工作模式是幅度为3tt/2的方波，两种工作模 式维持时间之比为3: 1，如图2所示，并且两种工作模式耦合到探测器的解 调误差分別为Ba和Bb。当输入角速率较低情况下，两种模式下的解调误差 分别De +Ba , De +Bb ，两者的符号可能不同。复位信号的斜波开始在模 式A，具有一个正斜率，因为De +Ba >0。当斜波到达(上)溢出极限时， 转换到模式B,此时控制系统触发了一个负斜波斜率，因为现在有De +Bb <0。这样斜波斜率改变符号，离开溢出区域，重新回到模式A，又出现与模式 A有关的正斜波斜率，直到再次切换到模式B。这样一来，控制系统保持在3俘获状态，而陀螺仪处于锁定状态，输出为零，即所谓的死区现象。而且 即使不在死区范围内，但是当输入角速率较小时，由于信号比较微弱，受到电 子串扰误差的影响也会比较严重，影响了标度因数的线性度性能。另外，当输 入角速度较小时，到达探测器的干涉信号比较微弱，信噪比较小，因此，容易 被噪声干扰，导致光纤陀螺测量的精度降低。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提出一种改善光纤陀 螺低角速率下标度因数非线性的方法，该方法通过^f吏用随机变化的调制序列， 防止出现复位锁定的现象，同时通过对光源注入电流的控制，改善小角速率下 的信噪比，从而能够提高小角速率下光纤陀螺标度因数非线性。本专利技术的技术解决方案是 一种改善光纤陀螺低角速率下标度因数非线性 的方法，包括以下步骤(1) 由FPGA中的寄存器产生伪随机M序列；(2) 对步骤(1 )产生的伪随机M序列的输出状态进行估计，当伪随才几 M序列的输出状态维持不变的时间小于设定时间值时，不对伪随机M序列进 行操作；当伪随机M序列的输出状态维持不变的时间大于设定时间值时，将 光纤陀螺中A/D转换器采样数值的最后一位进行存储，组成一个二进制数， 由该二进制数对生成伪随机M序列的寄存器进行赋值；(3) 由经过步骤(2)处理的伪随机M序列产生随机调制波形，然后经 过D/A转换器将随机调制波形施加到集成光学芯片驱动端完成对陀螺内光波 信号的调制；(4) 由FPGA对光波信号的调制状态进行解调，获得光纤陀螺所敏感的 角速率信号^;(5 )对步骤(4)得到的光纤陀螺敏感角速率信号w进行判读，当光纤陀 螺输入角速率w较大时，通过降低驱动电流的增益减小光源的输出光功率；当 光纤陀螺输入角速率较小时，通过提高驱动电流的增益增大光源的输出光功率。所述的步骤(1)中的伪随机M序列由线性反馈移位寄存器生成，该序列的长度为(2-l) ， p为选择FPGA内寄存器的个数。所述的步骤(3)中的调制波形为方波，每个状态的维持时间为光纤陀螺中光纤环的渡越时间，方波的幅度为7t/2或者3tt/2。本专利技术的工作原理是干涉信号经过探测器之后转换为电压信号，再经过A/D转换器之后变为数字信号，在FPGA逻辑电路内部完成数字解调、数字积分以及数字滤波获得陀螺的输出，并将陀螺的输出进一 步积分产生数字阶梯波，数字阶梯波与随机调制数字信号相叠加后，通过D/A转换器施加到多功能集成光学器件上，引入偏置调制并补偿因输入引起的Sagnac相移，从而实现全数字闭环控制；FPGA逻辑电路对输出值实时进行判断，该值4交小时，对光源驱动可变增益电路发送指令，增大其增益，4吏得光源的注入电流增大；输出值较大时，对光源驱动可变增益电路发送指令，减小其增益，使得光源的注入电流减小。本专利技术与现有技术相比的优点在于(1 )本专利技术根据AD采集数据的最低位对产生随机序列的线性反々贵移位寄存器可以进行设置，比较获得随机序列，工程中容易实现，采用tt/2或者3tt/2两种不同幅度的随机变化的调制方波，可以避免由于固定调制方波引起在复位情况下引起的周期性电子串扰误差，使得阶梯波的复位不会存在锁定的现象，即可以避免死区的产生；(2)根据输入角速率的范围，可以对光源的注入电流大小进行调节，在小角速率下有利于改善光纤陀螺标度因数的非线性，在较大的角速率下，可以降低驱动电路和温控电路的发热，有利于提高信号处理电路的电磁兼容性能和抑制温度引起的电路漂移。附图说明图1为干涉式光纤陀螺结构框图2为固定幅度的方波调制在2tt情况下的变化图3为本专利技术伪随机调制序列及其产生的相位差信号；图4为本专利技术生成伪随才几M序列的结构图5为本专利技术生成伪随机M序列的自相关函数曲线；图6为采用本方法前后的曲线图，其中图6 (A)为未采用本专利技术前的标度因数曲线图，图6 (B)为采用本专利技术后的标度因数曲线图。图4中11-1.第1级移位寄存器11-2.第2级移位寄存器11-3.第(p-1 )级移位寄存器11-4.第p级移位寄存器12-1.第1反馈通道12-2.第2反馈通道12-3.第(p-2 )反馈通道12-4第(p-1 )反馈通道12-5第p反馈通道具体实施例方式如图1所示，本专利技术采用的千涉式光纤陀螺的光路由光源1、耦合器2、多功能集成光学器件3、光纤环4、探测器5构成，其中光源1波长为1310nm或1550nm;信号处理电路部分至少包含A/D转换器8、 FPGA逻辑电路9、 D/A转换器10、光源驱动电路、光源驱动可控增益电路7和光源温控电路6,光源温控电路6要求控制光源管芯的温度变化不能超过o.rc 。图3所示为本专利技术的伪随机调制波形，调制深度为tt/2或3n72,周期为光纤环本征频率的2倍，而且其变化是由FPGA逻辑电路产生的伪随机序列决定的，通过随机调制可以避免因固定调制波形造成的死区现象。在FPGA逻辑电路中，产生一伪随机序列，再根据这伪随机序列，产生tt/2和3tt/2的两种幅度随机变化的调制序列，其调制波形为方波，每个状态维持时间为t， t为光纤陀螺中光纤环的渡越时间，方波的幅度为tt/2或者3tt/2，并且tt/2或者3tt/2两种不同幅度的调制方波之间的变化是随机的，该调制序列施加到多功能集成光学器件的两束相向传播的光波上，两束光波产生的相位差为土tt/2或土3tt/2,两种状态随机变化。伪随机序列由伪随机二值M序列实现，生成方式为在FPGA本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善光纤陀螺低角速率下标度因数非线性的方法，其特征在于：包括以下步骤：　（１）由ＦＰＧＡ中的寄存器产生伪随机Ｍ序列；　（２）对步骤（１）产生的伪随机Ｍ序列的输出状态进行估计，当伪随机Ｍ序列的输出状态维持不变的时间小于设定时间值时，不对伪随机Ｍ序列进行操作；当伪随机Ｍ序列的输出状态维持不变的时间大于设定时间值时，将光纤陀螺中Ａ／Ｄ转换器采样数值的最后一位进行存储，组成一个二进制数，由该二进制数对生成伪随机Ｍ序列的寄存器进行赋值；　（３）由经过步骤（２）处理的伪随机Ｍ序列产生随机调制波形，然后经过Ｄ／Ａ转换器将随机调制波形施加到集成光学芯片驱动端完成对陀螺内光波信号的调制；　（４）由ＦＰＧＡ对光波信号的调制状态进行解调，获得光纤陀螺所敏感的角速率信号ω；　（５）对步骤（４）得到的光纤陀螺敏感角速率信号ω进行判读，当光纤陀螺输入角速率ω较大时，通过降低驱动电流的增益减小光源的输出光功率；当光纤陀螺输入角速率较小时，通过提高驱动电流的增益增大光源的输出光功率。

【技术特征摘要】
1、一种改善光纤陀螺低角速率下标度因数非线性的方法，其特征在于包括以下步骤(1)由FPGA中的寄存器产生伪随机M序列；(2)对步骤(1)产生的伪随机M序列的输出状态进行估计，当伪随机M序列的输出状态维持不变的时间小于设定时间值时，不对伪随机M序列进行操作；当伪随机M序列的输出状态维持不变的时间大于设定时间值时，将光纤陀螺中A/D转换器采样数值的最后一位进行存储，组成一个二进制数，由该二进制数对生成伪随机M序列的寄存器进行赋值；(3)由经过步骤(2)处理的伪随机M序列产生随机调制波形，然后经过D/A转换器将随机调制波形施加到集成光学芯片驱动端完成对陀螺内光波信号的调制；(4)由FPGA对光波信号的调制状态进行解调，获得光纤陀螺所敏...

【专利技术属性】
技术研发人员：王巍，于海成，付铁钢，黄磊，
申请(专利权)人：王巍，于海成，付铁钢，黄磊，
类型：发明
国别省市：11