资源描述：
《光纤陀螺的信号处理方案评述.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第28卷第11期光子学报Vo1.28No.111999年11月ACTAPHOTONICASINICANovember1999*光纤陀螺的信号处理方案评述戴旭涵周柯江刘承舒晓武丁军杨国光(现代光学仪器国家重点实验室,浙江大学,杭州310027)摘要介绍了国外应用于不同场合、满足不同性能要求的光纤陀螺的闭环和开环信号处理方案,比较了它们的优缺点.光纤陀螺是近年来惯性导航系统中很有可能得到广泛应用的核心元件,其中信号处理方案在很大程度上决定了光纤陀螺的性能.关键词光纤陀螺;信号处理0引言1概述光纤陀螺是惯性测量组合的核心器件,早
2、期采用互易性光路的光纤陀螺,其光强-相位输的陀螺是机电式的,如挠性陀螺和静电悬浮式陀出可以表示为螺,但其体积大、结构复杂、成本高.本世纪初,发I=I0(1+cos)(1)现了Sagnac效应,随后激光和光导纤维的发明及式中,为Sagnac相移相关技术的飞速进步,为基于Sagnac效应的光纤=(2LD/0c)(2)陀螺奠定了技术基础.光纤陀螺与传统的机电式这是一条余弦响应曲线,其形状如图1左上陀螺相比,具有体积小、重量轻、成本低、无可动部角所示.件、耐恶劣工作环境,电磁兼容性好等优点.自本世纪70年代以来,
3、各主要发达国家先后投入相当大的人力物力进行研究,到目前为止,已先后开发出低精度成本至高精度高成本、不同系列、满足不同要求的光纤陀螺产品.光纤陀螺主要由光学系统和信号处理电路组成.由于光纤陀螺中光学系统的成本较高,结构相对而言较稳定,而电路系统成本相对而言较低,其结构则可以根据要求灵活改变,特别是采用了数字化方案后.对于同样的光学系统,采用不同的信号处理方案,系统性能可能有较大差异.性能优异的处理电路,甚至可以在一定程度上弥补光学系统的不足.因此,研究光纤陀螺的信号处图1光纤陀螺的光强-相位响应理电路,对于提高系统性能具有重
4、要的意义.目Fig.1OpticalIntensity-PhaseResponseofFOG前,国内这方面的研究虽然有了一定进展,但与国虽然由式2可以看出Sagnac相移与被测角外相比,还处于起步阶段,为此本文将介绍国外应速度值之间存在线性关系,但由于PIN-FET所用于不同要求的光纤陀螺的典型信号处理方案,测得的是光强度信号,由图1中可以看出,光强-以促进国内这方面研究的进展.相位之间的关系是非线性的,且呈周期性变化.*国家863高技术计划资助项目收稿日期:1999—06—101044光子学报28卷为了获得严格的单调线性
5、输入输出关系和较大的度,m为调制频率.将上式右边按第一类贝塞耳动态范围,必须综合运用光学和电路的方法对测函数展开,可得∞得量作信号处理,以满足上述要求.I(t)=I0/2{1+[J0(m)+2J2n(m)通常,首先需要采用的方法是在系统回路中n=1引入调制波,以方波为例,如图1所示,加上图中·cos(2nmt)]cos()∞所示的方波调制后,光纤陀螺的工作点就被动偏-2J2n+1(m)sin[(2n+1)mt]sin()}(7)置在±90°位置上了.由图1左上角可以看出,在n=0上式中,奇次谐波对应
6、Sagnac相移的正弦函±90°位置处dI/d最大,即此处光纤陀螺的灵敏数项,偶次谐波对应其余弦函数项,若用解调电路度最大,同时输入输出的线性度也最好.此时光提取出第一、二次谐波分量的幅值I(m)、纤陀螺的光强-相位输出可以表示为I(2m),即可根据I=I0[1+cos(±/2)](3)对应的光强输出如图1右上角所示,此信号=arctan{I(m)J2(m)/I(22m)J1(m)}(8)求得对应的Sagnac相移.经过开关相关调解器锁相放大后,可以表示为I=K·sin()(4)2闭环方案式中K
7、为等效放大倍数,如上所述,由于在闭环方案的关键是如何引入补偿用非互易相±90°附近具有很好的线性度,当很小时,可以移.为了保证光路的互易性,所采用的反馈器本认为身都是满足互易性要求的,只不过将它们以一定I≈K·(5)的方式接入光路后,再加上时变信号后,才产生了于是可以认为,此时陀螺的输入输出是线性非互易相移.以相位调制器为例,若给相位调制的.此外,由于系统工作点在±90°位置之间来回器加上时变信号,则光在不同时间通过相位调制切换,工作点偏置在+90°和-90°位置的时间相器时,产生的相移不同.将相位调制器放在光纤等
8、,因此偏置对系统输出影响的时间平均值为零,环的一端,由于互逆光经过调制器的时间是不同即系统虽然加上了调制信号,但从时间平均的角的,其时间间隔为渡越时间度来说仍然是满足互易性条件的.引入调制波的=nL/c(9)另一个作用是:把PIN-FET的输出信号由基带式中,n为光纤折射率,L为光纤环长度,c为光速
