专利名称：一种三轴一体化高精度光纤陀螺的光电控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及传感技术领域，特别是一种基于四状态偏置调制解调技术的双闭环调制解调技术的、三轴一体化光源共享的高精度光纤陀螺的光电控制系统。
背景技术：
惯导系统利用陀螺的基准方向和初始信息来确定载体的姿态、方位和位置，但陀螺的精度和稳定性受到很多因素的抑制。光纤陀螺作为ー种新型惯性敏感器件，凭借其优越性能在国防领域得到了广泛的应用。它利用固态的光纤结构实现光学的萨格奈克效应测量，是ー种先进的载体自转角速度测量仪，采用余度配置有利于提高系统的可靠性。谐振型光纤陀螺目前处于实验室研究阶段；布里渊光纤陀螺作为第三代的光纤陀螺，但是由于布里渊光纤陀螺对器件的要求以及理论上尚未完善，这种陀螺目前还处于理论摸索的阶段。现有技术对ー种光纤陀螺系统光路整体传输模型进行了仿真，结果表明偏振耦合使得干渉输出存在较大波动，致使系统的标度因数不稳定，严重影响了系统检测的精度。在此基础上，现有技术分析了环境变化对单模耦合器分光比稳定性的影响，当光纤陀螺存在角加速度吋，光纤耦合器分光比变化率越大，光纤陀螺输出误差越大。各项研究表明通过减小和稳定光源出射光的偏振度有利于降低陀螺噪声，提高零偏长期稳定性和减小闭环光纤陀螺固有标度因数误差。并提出应进一歩在信号处理中设计相应算法进行补偿或消除这些误差。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种三轴一体化的高精度光纤陀螺的系统，用于解决现有技术对光纤陀螺的研究容易降低光纤陀螺精度的问题。本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:一种三轴一体化高精度光纤陀螺光电控制系统，包括掺饵光纤光源，还包括两个保偏光纤耦合器、三个单轴光路模型、、三个检测电路、ー个系统时钟电路。第一保偏光纤耦合器，用于将所述掺饵光纤光源进行分束，一束包含三分之ニ的光源，传输到第二保偏光纤耦合器，另一束包含三分之一的光源，传输到第一单轴光路模型。第二保偏光纤耦合器，用于对输入的光源进行平均分束，一束传输到第二单轴光路模型，一束传输到第三单轴光路模型。所述每个单轴光路模型，用于接收所述第一保偏光纤耦合器或所述第二保偏光纤耦合器传输的光源，将接收的光源转变成检测信号并传输到所述每个检测电路；所述每个检测电路，均对应连接ー个所述单轴光路模型，用于接收所述对应的单轴光路模型传输的检测信号，并对接收到的检测信号进行调制解调，并将调制解调后的信号又传输回所述对应的单轴光路模型，实现对所述光电控制系统的闭环控制；所述系统时钟电路，其与三个检测电路均相连，用于向所述检测电路提供时钟源。[0010]在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。进ー步，所述每个单轴光路模型均包括依次连接的光电探测器、第三保偏光纤耦合器、Y波导及保偏光纤环；所述光电探测器，用于将经所述Y波导和所述保偏光纤耦合器反馈的光强的变化转变成电流的变化，再将所述电流的变化转变成检测信号送入所述检测电路；所述第三保偏光纤耦合器，用于进行光源分束，并将分束后的光源传输到所述Y波导上；所述Y波导，用于将输入的光源起偏后分成顺时针和逆时针传输的两束，并传输到所述保偏光纤环；所述保偏光纤环，用于将输入的光源转换成光强的变化，并将所述光强的变化通过所述Y波导和所述保偏光纤耦合器反馈到所述光电探测器。进ー步，所述掺馆光纤光源为部分偏振光光源，其电场矢量Ein用琼斯矩阵表不为關 HlKzv
权利要求1.一种三轴一体化高精度光纤陀螺的光电控制系统，包括掺饵光纤光源，其特征在于，还包括两个保偏光纤耦合器、三个单轴光路模型、三个检测电路、一个系统时钟电路； 第一保偏光纤耦合器，用于将所述掺饵光纤光源进行分束，一束包含三分之二的光源，传输到第二保偏光纤耦合器，另一束包含三分之一的光源，传输到第一单轴光路模型；第二保偏光纤稱合器，用于对输入的光源进行平均分束，一束传输到第二单轴光路模型，一束传输到第三单轴光路模型； 所述每个单轴光路模型，用于接收所述第一保偏光纤耦合器或所述第二保偏光纤耦合器传输的光源，将接收的光源转变成检测信号并传输到所述每个检测电路； 所述每个检测电路，均对应连接一个所述单轴光路模型，用于接收所述对应的单轴光路模型传输的检测信号，并对接收到的检测信号进行调制解调，并将调制解调后的信号又传输回所述对应的单轴光路模型，实现对所述光电控制系统的闭环控制； 所述系统时钟电路，其与三个检测电路均相连，用于向所述检测电路提供时钟源。
2.根据权利要求1所述的光电控制系统，其特征在于，所述每个单轴光路模型均包括依次连接的光电探测器、第三保偏光纤耦合器、Y波导及保偏光纤环； 所述光电探测器，用于将经所述Y波导和所述保偏光纤耦合器反馈的光强的变化转变成电流的变化，再将所述电流的变化转变成检测信号送入所述检测电路； 所述第三保偏光纤耦合器，用于进行光源分束，并将分束后的光源传输到所述Y波导上； 所述Y波导，用于将输入的光源起偏后分成顺时针和逆时针传输的两束，并传输到所述保偏光纤环； 所述保偏光纤环，用于将输入的光源转换成光强的变化，并将所述光强的变化通过所述Y波导和所述保偏光纤耦合器反馈到所述光电探测器。
3.根据权利要求1所述的光电控制系统，其特征在于，所述检测电路是基于四状态偏置调制解调技术双闭环控制系统，所述第二闭环通过对干涉信号的解调得到所述第一闭环的反馈通道增益误差； 第一闭环为阶梯波反馈通道，包括光电检测器、干涉信号提取电路、模数转换电路、调制与解调逻辑电路、反馈调制电路； 第二闭环为增益误差补偿通道，包括调制与解调逻辑电路、反馈调制电路和增益误差补偿电路。
4.根据权利要求3所述的光电控制系统，其特征在于:所述干涉信号提取电路，包括依次连接的隔直电路和模拟开关，所述隔直电路用于对经光电检测器提取的干涉信号进行隔离和放大，所述模拟开关用于将得到的干涉信号送入所述模数转换电路，同时所述模拟开关还用于接收所述调制与解调逻辑电路传输的信号；所述模数转换电路，包括依次连接的前置放大器和模数转换器，用于将模拟信号放大并转换为数字信号，并将所述数字信号送入所述调制与解调逻辑电路； 所述调制与解调逻辑电路，与系统时钟相连，用于为所述检测电路提供时钟；所述调制与解调逻辑电路还用于完成转速的数字解调、数字阶梯波生成以及反馈回路增益误差的解调，并将得到的信号送入所述反馈调制电路、所述增益误差补偿电路及所述干涉信号提取电路；所述反馈调制电路，包括依次连接的16位数模转换器、放大器和相位调制器，所述16位数模转换器用于将生成的数学阶梯波与数学偏置电压转换成模拟信号，所述放大器用于将所述模拟信号放大，所述相位调制器用于驱动Y波导产生相反的反馈调制相移和偏置调制相移； 所述增益误差补偿电路，包括依次连接的8位数模转换器、放大器，所述8位数模转换器用于将所述调制与解调逻辑电路输出的反馈回路增益误差转换成模拟信号，所述放大器用于将所述模拟信号放大，放大后的`模拟信号送入所述反馈调制电路的相位调制器。
专利摘要本实用新型涉及一种三轴一体化高精度光纤陀螺的光电控制系统，包括掺饵光纤光源，还包括两个保偏光纤耦合器、一个系统时钟电路、三个单轴光路模型，以及分别与所述每个单轴光路模型对应连接的三个检测电路。本实用新型以琼斯矩阵为工具，建立保偏光纤陀螺光信号传输模型，并给出四状态偏置调制解调技术具体的硬件实现方案，能以更高的效率实时地补偿调制通道增益误差，大大提高了光纤陀螺标度因数的线性度，并根据各个参数对闭环系统输出响应的影响为光纤陀螺的装配、调试提供了理论依据。
文档编号G01C19/72GK202947744SQ20122047691
公开日2013年5月22日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者李建勋, 高峰, 刘健 申请人:扬州蓝剑电子系统工程有限公司