一种光纤陀螺反馈回路性能测试方法及装置与流程

技术特征：

1.一种光纤陀螺反馈回路性能测试方法，其特征在于方法如下：光纤陀螺的主控芯片周期性地对内部Y波导相位调制器进行相位控制，并实时同步采集光纤陀螺中Y波导相位调制器两臂光束的干涉光强数字信号，通过数据处理算法对采集的干涉光强数字信号数据进行处理，获得光纤陀螺反馈回路性能参数。

2.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺反馈回路性能测试方法，其特征在于：所述的光纤陀螺的主控芯片周期性地对内部Y波导相位调制器进行相位控制具体采用以下方式：主控芯片经数模转换器输出反馈信号到Y波导相位调制器，主控芯片输出到数模转换器的信号遍历整个数模转换器输出范围进行变化，遍历循环50次以上。

3.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺反馈回路性能测试方法，其特征在于：所述的数据处理算法是对采集到的干涉光强数字信号I(t)依次进行周期平均、相位解调和线性拟合。

4.根据权利要求3所述的光纤陀螺反馈回路性能测试方法及装置，其特征在于：所述的数据处理算法具体如下：

1)采用以下公式进行周期平均，获得光强信号与光纤陀螺主控芯片输出数字信号的平均函数I(D)：

$\begin{array}{cc}I\left(D\right)=\frac{1}{N}\mathrm{\Σ}I\left(t\right)& D\left(t\right)=D\end{array}$

式中，I(t)为t时刻采集的干涉光强信号，D为光纤陀螺主控芯片输出数字信号，N为循环次数，D(t)为光纤陀螺主控芯片输出数字信号随时间变化函数，I(D)为光强信号与光纤陀螺主控芯片输出数字信号的平均函数；

2)根据光强信号与光纤陀螺主控芯片输出数字信号的平均函数I(D)采用以下公式进行相位解调，获得Sagnac相位差与光纤陀螺主控芯片输出数字量D对应的相位信号Δφ(D)：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ}\left(D\right)=\arccos \left(\frac{I\left(D\right)-I_0}{I_0}\right)$

$I_0=\frac{max\left(I\right(D\left)\right)-min\left(I\right(D\left)\right)}{2}$

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\Δ\φ}}_{-}\left(D\right)=\arccos \left(\frac{I\left(D\right)-I_0}{I_0}\right)& D\<D_{max}/2\end{array}$

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\Δ\φ}}_{+}\left(D\right)=\arccos \left(\frac{I\left(D\right)-I_0}{I_0}\right)& D\>D_{max}/2\end{array}$

式中，I(D)为光强信号与光纤陀螺主控芯片输出数字信号的平均函数，I₀为零相位差光强信号，Δφ(D)为Sagnac相位差与光纤陀螺主控芯片输出数字量D对应的相位信号，Δφ_-(D)为Sagnac相位差与光纤陀螺主控芯片负输出数字量D对应的相位信号，Δφ₊(D)为Sagnac相位差与光纤陀螺主控芯片正输出数字量D对应的相位信号，D_max为最大光纤陀螺主控芯片输出数字量；

3)根据Sagnac相位差与光纤陀螺主控芯片输出数字量D对应的相位信号Δφ(D)进行线性拟合，进而计算获得反馈回路性能参数。

5.根据权利要求4所述的光纤陀螺反馈回路性能测试方法及装置，其特征在于：所述步骤3)具体是：

先建立以下公式表示的Sagnac相位差与光纤陀螺主控芯片输出数字量D对应的相位信号Δφ(D)与光纤陀螺主控芯片输出数字信号D之间的线性模型：

Δφ(D)＝K×D+D₀+υ

Δφ_-(D)＝K_-×D+D₀₊+υ_-D<D_max/2

Δφ₊(D)＝K₊×D+D₀₊+υ₊D>D_max/2

其中，K为反馈调制增益，D₀为输出偏置，υ表示线性残差量，K₊为Δφ₊(D)线性拟合系数，D₀₊为Δφ₊(D)输出偏置，υ₊表示Δφ₊(D)拟合线性残差量，K_-为Δφ_-(D)线性拟合系数，D_0-为Δφ_-(D)输出偏置，υ_-表示Δφ_-(D)拟合线性残差量；

接着利用最小二乘法进行求解获得反馈调制增益K和输出偏置D₀，利用反馈调制增益K和输出偏置D₀采用以下分别计算获得逐点非线性性能α(D)、不对称性性能K_α和重复性性能K_r：

逐点非线性性能α(D)表示为：

$\mathrm{\&alpha;}\left(D\right)=\frac{K\&times;D+D_0-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&phi;}\left(D\right)}{max\left(\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&phi;}\right(D\left)\right)}$

不对称性性能K_α表示为：

$K_{\mathrm{\&alpha;}}=2\frac{\left|K_{+}-K_{-}\right|}{K_{+}+K_{-}}$

重复性性能K_r表示为：

$K_r=\frac{1}{\stackrel{\&OverBar;}{K}}{\&lsqb;\frac{1}{Q-1}\underset{i=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(K_i-\stackrel{\&OverBar;}{K})}^2\&rsqb;}^{\frac{1}{2}}$

$\stackrel{\&OverBar;}{K}=\frac{1}{Q}\underset{i=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_i$

式中，Q为重复测试次数，i为测试序号，范围为1到Q，K_i为第i次测量的反馈调制增益，即为Q次反馈调制增益均值。

6.用于实施权利要求1-5任一所述方法的一种光纤陀螺反馈回路性能测试装置，其特征在于：所述测试装置连接在光纤陀螺无光纤环部分的两输出端，包括测试耦合器、探测器、模数转换器、数字信号处理芯片和标准信号源，光纤陀螺的Y波导相位调制器的两臂输出端直接连接到测试耦合器的输入端，测试耦合器的输出端与探测器的输入端连接，探测器的输出端和标准信号源一起经开关与模数转换器连接，模数转换器与数字信号处理芯片，数字信号处理芯片与光纤陀螺的主控芯片连接。

7.根据权利要求6所述的一种光纤陀螺反馈回路性能测试装置，其特征在于：所述的Y波导相位调制器的两臂输出端输出光束到测试耦合器形成干涉光强数字信号，依次经探测器采集、模数转换器转换后输入到数字信号处理芯片，模数转换器通过开关控制连接探测器或者标准信号源，标准信号源用以对模数转换器进行标定，数字信号处理芯片利用来自光纤陀螺主控芯片的同步信号同步采集模数转换器发送过来的信号。

8.根据权利要求6所述的一种光纤陀螺反馈回路性能测试装置，其特征在于：所述的测试装置在测试前利用开关控制模数转换器连接到标准信号源，用标准信号源对模数转换器进行标定。