专利名称：基于宽谱光干涉特性的闭环光纤陀螺动态启动方法
技术领域：
本发明涉及光电子技术中光纤传感的领域，尤其涉及一种基于宽谱光干涉特性的闭环光纤陀螺动态启动方法。
背景技术：
光纤陀螺是一种敏感角速度的传感器，其工作原理是基于萨格纳克效应，即当环形干涉仪旋转时，产生一个正比于转速的相移，通过检测该相移即可得到环形干涉仪所在系统的角速度。由于光纤陀螺具有全固态、带宽大、成本低、精度覆盖面广、抗干扰能力强等众多优点，被广泛应用于导航和姿态控制系统中。最早的光纤陀螺采用开环信号处理系统，但由于光源光强漂移和电路漂移等因素的限制，开环光纤陀螺的精度受到了很大的限制，只能用于速率级别的应用中。闭环光纤陀螺采用电光相位调制器对系统进行闭环反馈，系统动态偏置在士 η/2相位上，反馈相位和转动引起的萨格纳克相移大小相等符号相反，通过检测反馈相位得到萨格纳克相移，进而得到系统的角速度。根据干涉式光纤陀螺的工作原理，闭环光纤陀螺探测器的输出光强为周期为2π的萨格纳克相移的余弦函数。启动状态下当初始萨格纳克相移超过η]范围时，陀螺测得的相移将是真实萨格纳克相移加上(或减去) 2n^n = 1,2,3-)，由此测得的转速与系统真实转速不符，使得陀螺在动态启动时有可能得
到错误的测量结果。因此目前实际应用中光纤陀螺的启动都要求在静态条件下或转速较小 (对应萨格纳克相移在η]范围内)时进行，这限制了光纤陀螺在需要动态启动等特殊条件下的应用。
发明内容
本发明的目的是针对目前闭环光纤陀螺在动态启动条件下可能出现的角速度测量错误，提供一种基于宽谱光干涉特性的闭环光纤陀螺动态启动方法。基于宽谱光干涉特性的闭环光纤陀螺动态启动方法的步骤如下
1)陀螺刚启动时，在零反馈相位条件下，探测器光强为A，而后在萨格纳克相移上附加一个反馈相位Δ ,此时探测器光强为J1 ；
2)若4< Z1,则在萨格纳克相移上附加一个mAiP, m=l, 2, 3,……，直至当附加相移为(m + l) Δ识时，探测器光强小于附加相移为πιΔ识时探测器的光强值，此时附加相移 φ^ - mA φ ；
3)若Z0> Z1，则在萨格纳克相移上附加一个-Δ识，此时探测器光强为/2，若4 > 4 ，说明此时探测器光强已经是与萨格纳克相移最近的极大值相位点的光强，则附加相移为 ^ = O ;若4 < /2则在萨格纳克相移上附加一个-mi炉直至当附加的相移为-(m+i) Κφ
时，探测器光强小于附加相移为-ωΔ炉时探测器的光强值，此时附加相移级=；4)在萨格纳克相移上附加一个^的相移，此时探测器光强为Α,而后在萨格纳克相移上附加一个饵+ 2冗的相移，此时探测器光强为厶；
5)若I4> 4，则在萨格纳克相移上附加一个成+2ηπ，η=1,2, 3,4,……，的相移，直至当附加的相移为钱+ 2(η 时探测器光强小于附加的相移为I +2nir时探测器的光强，记录此时η的值，此时相移补偿值为-2η π ；若Z4 < /3,则在萨格纳克相移上附加一个
的相移，η=0，-1，-2，-3，……，直至当附加的相移为钱+ 2(η 时探测器光强小于附加的相移为铒时探测器的光强，记录此时η的值，此时相移补偿值为-2η π ；
6)让陀螺处于闭环状态下正常工作，此时测得的相移为，则陀螺转速引起的真实的萨格纳克相移应为相移测量值与相移补偿值之和，即％ - 2ηπ , η为步骤5)中记录下的整数值。本发明充分利用光纤陀螺所用宽谱光在萨格纳克干涉仪中的干涉特性，通过比较 2qJi (q为整数)相移下探测器的光强值得到陀螺的相移补偿值，再通过闭环得到陀螺的相移测量值，二者相加即可得到陀螺转动引起的真实萨格纳克相移，使陀螺能够实现动态条件下的准确启动和测量，拓宽陀螺在动态启动等特殊条件下的应用。
图1(a)是理想单色光源的光强分布图1(b)是基于萨格纳克效应的单色光源的干涉特性图2(a)是宽谱光源的光强分布图2(b)是基于萨格纳克效应的宽谱光的干涉特性图3是动态启动条件下确定闭环光纤陀螺真实转速的算法操作步骤示意图。
具体实施例方式根据干涉式光纤陀螺的工作原理，闭环光纤陀螺探测器的接收光强信号为
/ = 4Jl+cos(勿](1)
ipm(2)
其中4为干涉仪的输入光强站为转动对应的萨格纳克相移，夠为偏置调制Ψ为反馈相移。动态启动时，让陀螺处于开环工作状态，此时卿=O，夠=O ,则(1)式可表示为 / = 4[1 +COS(^3)](3)
理论上，若光源为窄带光源(或理想状态下的单色光源，其光强分布如图1 (a))，则探测器接收到的光强应该为一有直流量的余弦函数，如图1(b)所示。对于宽光谱光通过萨格纳克干涉仪的干涉，(1)式仍然适用。所不同的是，对于单色光干涉，(1)式中4是对某一特定频率的光强分量，但对于宽光谱光所形成的干涉，其干涉光强为不同频率分量之间非相干光强的叠加，假设所用光谱光源为LED光源，其光强服从高斯分布(其光强分布如图2(a))，即
权利要求
1. 一种基于宽谱光干涉特性的闭环光纤陀螺动态启动方法，其特征在于它的步骤如下1)陀螺刚启动时，在零反馈相位条件下，探测器光强为 A，而后在萨格纳克相移上附加一个反馈相位Δ炉,此时探测器光强为Z1 ；2)若I0< Z1，则在萨格纳克相移上附加一个ηιΔ , m=l, 2, 3,……，直至当附加相移为(m + l) Δ^ 时，探测器光强小于附加相移为ηαΔ伊时探测器的光强值，此时附加相移钱=mA识；3)若4> Z1，则在萨格纳克相移上附加一个-Δ Ρ,此时探测器光强为/2 ,若4 > 4 ，说明此时探测器光强已经是与萨格纳克相移最近的极大值相位点的光强，则附加相移为级=0 ;若4 < /2则在萨格纳克相移上附加一个- ιΔ Ρ直至当附加的相移为-(m+ Δ炉时，探测器光强小于附加相移为-mA炉时探测器的光强值，此时附加相移兴= -ιηΔ炉；4)在萨格纳克相移上附加一个兴的相移，此时探测器光强为而后在萨格纳克相移上附加一个锊+ 2^"的相移，此时探测器光强为Z4 ；5)若A> 4，则在萨格纳克相移上附加一个兴+2!1几,η=1,2, 3,4,……，的相移，直至当附加的相移为钱+ 2(η+1扭时探测器光强小于附加的相移为％+2ηΤΓ时探测器的光强，记录此时η的值，此时相移补偿值为-2η π ；若< /3，则在萨格纳克相移上附加一个 η+2ηπ的相移，η=0，-1，-2，-3，……，直至当附加的相移为興+ 2(η -Ι)ΤΓ时探测器光强小于附加的相移为铒+211；7时探测器的光强，记录此时η的值，此时相移补偿值为-2ηπ ；6)让陀螺处于闭环状态下正常工作，此时测得的相移为，则陀螺转速引起的真实的萨格纳克相移应为相移测量值与相移补偿值之和，即得-2^, η为步骤5)中记录下的整数值。
全文摘要
本发明公开了一种基于宽谱光干涉特性的闭环光纤陀螺动态启动方法。陀螺启动状态下，通过查找算法寻找萨格纳克干涉仪干涉光强曲线上与启动点距离最近的干涉光强极大值点，通过给陀螺施加附加相移及比较施加相移前后的光强值确定陀螺的相移补偿值，而后在闭环状态下得到陀螺的相移测量值，由相移补偿值和相移测量值得到由陀螺转动引起的真实萨格纳克相移值。本发明利用宽谱光通过萨格纳克干涉仪的干涉特性，纠正闭环光纤陀螺动态启动条件下可能出现的误差，确定真实的萨格纳克相移，使陀螺在动态启动条件下测得的角速度与真实角速度一致，实现光纤陀螺的动态启动，拓宽光纤陀螺在特殊条件下的应用。
文档编号G01C19/72GK102183248SQ201110020588
公开日2011年9月14日 申请日期2011年1月18日 优先权日2011年1月18日
发明者刘承, 缪立军, 胡慧珠, 舒晓武 申请人:浙江大学