基于光纤陀螺的噪声压缩调制方法及系统与流程

1.本发明涉及惯性导航领域，尤其涉及一种基于光纤陀螺的噪声压缩调制方法及系统。


背景技术：

2.随着光纤陀螺精度和可靠性的不断提高，光纤陀螺捷联惯导系统在各领域中得到越来越广泛的研究和应用，光纤陀螺噪声关系到陀螺精度，但是，传统方法很难去除光源强度噪声。
3.按照传统调制方式，传递函数为余弦钟形曲线，对于过调制区域（接近π相位偏置）输入的噪声的调制作用曲线具有一定的噪声压缩效果，但压缩效率明显不足。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于光纤陀螺的噪声压缩调制方法及系统，解决了对光纤陀螺进行光源强度噪声压缩时压缩率较低的技术问题。
5.本发明提供了一种基于光纤陀螺的噪声压缩调制方法，包括：对初始调制函数曲线进行过调制区域分析，确定与所述初始调制函数曲线对应的过调制区域；对所述初始调制函数曲线对应的过调制区域进行梯度下降处理，得到目标调制函数曲线；对宽谱光源中的待处理噪声进行饱和增益压缩处理，得到对应的第一输出噪声；对所述第一输出噪声进行噪声抵消处理，得到第二输出噪声；通过所述目标调制函数曲线，对所述第二输出噪声进行过调制噪声压缩，得到目标输出噪声。
6.在本发明中，所述对初始调制函数曲线进行过调制区域分析，确定与所述初始调制函数曲线对应的过调制区域步骤，包括：对所述初始调制函数曲线进行π相位偏置位置分析，确定对应的π相位偏置位置区域；通过所述π相位偏置位置区域对所述初始调制函数曲线进行过调制区域分析，确定与所述初始调制函数曲线对应的过调制区域。
7.在本发明中，所述对所述初始调制函数曲线对应的过调制区域进行梯度下降处理，得到目标调制函数曲线步骤，包括：通过所述过调制区域对所述初始调制函数曲线进行曲线分割，确定所述初始调制函数曲线中的待处理曲线；对所述初始调制函数曲线中的待处理曲线进行梯度下降处理，得到目标调制函数曲线。
8.在本发明中，所述对宽谱光源中的待处理噪声进行饱和增益压缩处理，得到对应的第一输出噪声步骤，包括：对所述待处理噪声进行噪声贡献分析，确定对应的噪声贡献数据；通过所述噪声贡献数据对所述待处理噪声进行饱和增益压缩处理，得到所述第一输出噪声。
9.在本发明中，所述对所述第一输出噪声进行噪声抵消处理，得到第二输出噪声步骤，包括：基于本征频率，对所述第一输出噪声进行噪声筛选，确定对应的目标频率噪声；将所述目标频率噪声输入目标扩频噪声抵消装置中的参考端进行第一噪声削减处理，得到第一待抵消输出噪声；将所述目标频率噪声输入目标扩频噪声抵消装置中的延迟端进行第二
噪声削减处理，得到第二待抵消输出噪声；对所述第一待抵消输出噪声以及所述第二待抵消输出噪声进行噪声抵消处理，得到所述第二输出噪声。
10.在本发明中，所述基于本征频率，对所述第一输出噪声进行噪声筛选，确定对应的目标频率噪声步骤，包括：对所述第一输出噪声进行频率分析，确定对应的噪声频率集合；通过所述噪声频率集合及所述本征频率，对所述第一输出噪声进行本征频率噪声筛选，得到本征频率噪声和非本征频率噪声；对所述第一输出噪声进行非本征频率噪声剔除处理，得到目标频率噪声。
11.在本发明中，在所述基于本征频率，对所述第一输出噪声进行噪声筛选，确定对应的目标频率噪声步骤之前，还包括：基于所述第一输出噪声对待配置的扩频噪声抵消装置进行本征频率倍数分析，确定本征频率倍数；通过所述本征频率倍数对所述待配置的扩频噪声抵消装置进行参数配置，得到所述目标扩频噪声抵消装置，并根据该本征频率倍数确定对应的本征频率。
12.本发明还提供了一种基于光纤陀螺的噪声压缩调制系统，包括：区域分析模块，用于对初始调制函数曲线进行过调制区域分析，确定与所述初始调制函数曲线对应的过调制区域；下降处理模块，所述下降处理模块与所述区域分析模块电连接，用于对所述初始调制函数曲线对应的过调制区域进行梯度下降处理，得到目标调制函数曲线；压缩处理模块，所述压缩处理模块与所述下降处理模块电连接，用于对宽谱光源中的待处理噪声进行饱和增益压缩处理，得到对应的第一输出噪声；抵消处理模块，所述抵消处理模块与所述压缩处理模块电连接，用于对所述第一输出噪声进行噪声抵消处理，得到第二输出噪声；噪声压缩模块，所述噪声压缩模块与所述抵消处理模块电连接，用于通过所述目标调制函数曲线，对所述第二输出噪声进行过调制噪声压缩，得到目标输出噪声。
13.本发明中，对初始调制函数曲线进行过调制区域分析，确定与初始调制函数曲线对应的过调制区域；对初始调制函数曲线对应的过调制区域进行梯度下降处理，得到目标调制函数曲线；对宽谱光源中的待处理噪声进行饱和增益压缩处理，得到对应的第一输出噪声；对第一输出噪声进行噪声抵消处理，得到第二输出噪声；通过目标调制函数曲线，对第二输出噪声进行过调制噪声压缩，得到目标输出噪声。本发明中，针对过调制区域，较原来余弦曲线新的调制函数曲线具有更快梯度下降，同时对上述初始调制函数曲线重点对π相位范围内，进行梯度下降作用，将上述虚线部分“下拉”至新的实线部分，于是在新的目标调制函数曲线作用下，输入噪声对应的响应输出噪声为新的压缩后噪声（噪声幅值具有显著的降低）压缩效率得到提升。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本发明实施例中基于光纤陀螺的噪声压缩调制方法的流程图。
16.图2为本发明实施例中目标调制函数曲线展示图。
17.图3为本发明实施例中对第一输出噪声进行噪声抵消处理的流程图。
18.图4为本发明实施例中基于光纤陀螺的噪声压缩调制系统的示意图。
19.附图标记：301、区域分析模块；302、下降处理模块；303、压缩处理模块；304、抵消处理模块；305、噪声压缩模块；306、倍数分析模块；307、参数配置模块。
具体实施方式
20.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
23.为便于理解，下面对本发明实施例的具体流程进行描述，请参阅图1，图1是本发明实施例的基于光纤陀螺的噪声压缩调制方法的流程图，如图1所示，该流程图包括以下步骤：步骤s101：对初始调制函数曲线进行过调制区域分析，确定与初始调制函数曲线对应的过调制区域；步骤s102：对初始调制函数曲线对应的过调制区域进行梯度下降处理，得到目标调制函数曲线；可以理解的是，本发明的执行主体可以为基于光纤陀螺的噪声压缩调制系统，还可以是终端或者服务器，具体此处不做限定。本发明实施例以服务器为执行主体为例进行说明。
24.需要说明的是，如图2所示，图2为目标调制函数曲线展示图，按照传统调制方式，传递函数为余弦钟形曲线，对于过调制区域（接近π相位偏置）输入的噪声的调制作用曲线为右侧的虚线，其输出为对应为右侧压缩前噪声，虽然也具有一定的噪声压缩效果，但压缩效率还显不足。对上述初始调制函数曲线重点对π相位范围内，进行梯度下降作用，将上述虚线部分调整至新的实线部分，于是在新的目标调制函数曲线作用下，输入噪声对应的响应输出噪声为新的压缩后噪声（噪声幅值具有显著的降低）压缩效率得到提升，具体的，服务器对初始调制函数曲线进行过调制区域分析，确定与初始调制函数曲线对应的过调制区域，其中，服务器对该初始调制函数曲线进行π相位偏置位置分析，确定对应的π相位偏置位置区域，进而通过π相位偏置位置区域对初始调制函数曲线进行过调制区域分析，确定与初始调制函数曲线对应的过调制区域，最终，服务器对初始调制函数曲线对应的过调制区域进行梯度下降处理，得到目标调制函数曲线。
步骤s103：对宽谱光源中的待处理噪声进行饱和增益压缩处理，得到对应的第一输出噪声；
25.需要说明的是，宽谱光源出射的光束中包含相对强度噪声以及相关散射噪声，对宽谱光源中的待处理噪声进行饱和增益压缩处理后，得到的第一输出噪声较输入噪声功率的幅值得到压缩。起到压缩的主要原因是输入光经过的传递函数在功率逐渐提高的过程中，逐渐接近饱和从而导致输出并不随着输入功率的增加而线性提高，进而实现对相对强度噪声的功率相对于输入功率的增加的相对降低，实现上述传递压缩的光学元器件可以为半导体激光放大器，通过功率提升而处于饱和状态，也可以是普通光源通过功率放大器件实现功率饱和后整体输出。步骤s104：对第一输出噪声进行噪声抵消处理，得到第二输出噪声；
26.具体的，对于第一输出噪声，经过扩频噪声抵消装置进行噪声抵消处理，其中，上述第一输出噪声分别经历该扩频噪声抵消装置的参考端和延迟端，需要说明的是，延迟端较参考端具有相位差π，将通过参考端以及延迟端的两路噪声进行噪声抵消处理，得到第二输出噪声。
27.步骤s105：通过目标调制函数曲线，对第二输出噪声进行过调制噪声压缩，得到目标输出噪声。
28.具体的，在通过目标调制函数曲线，对第二输出噪声进行过调制噪声压缩时，服务器将第二输出噪声以输入的方式引入目标调制函数曲线中，从而实现传递函数在较大偏置调制区域实现级联相乘从而实现传递函数的陡峭下降，进而实现压缩效率的提升。
29.在一具体实施例中，执行步骤s101的过程可以具体包括如下步骤：（1）对初始调制函数曲线进行π相位偏置位置分析，确定对应的π相位偏置位置区域；（2）通过π相位偏置位置区域对初始调制函数曲线进行过调制区域分析，确定与初始调制函数曲线对应的过调制区域。
30.在一具体实施例中，执行步骤s102的过程可以具体包括如下步骤：（1）通过过调制区域对初始调制函数曲线进行曲线分割，确定初始调制函数曲线中的待处理曲线；（2）对初始调制函数曲线中的待处理曲线进行梯度下降处理，得到目标调制函数曲线。
31.需要说明的是，在本发明实施例中，对初始调制函数曲线进行相位位置分割，得到多个相位区域，进一步的，服务器对该多个相位区域进行π相位区域分析，确定对应的π相位位置区域，进而服务器通过该π相位位置区域确定对应的π相位偏置位置区域，进一步的，服务器根据该π相位偏置位置区域对该初始调制函数曲线进行曲线分割，具体的，服务器通过该π相位偏置位置区域确定该π相位偏置位置区域中的曲线分割端点集合，进而服务器根据该曲线分割端点集合对初始调制函数曲线进行曲线分割，确定初始调制函数曲线中的待处理曲线，如图2所示，服务器对初始调制函数曲线中的待处理曲线进行梯度下降处理，得到目标调制函数曲线。
32.在一具体实施例中，执行步骤s103的过程可以具体包括如下步骤：（1）对待处理噪声进行噪声贡献分析，确定对应的噪声贡献数据；
（2）通过噪声贡献数据对待处理噪声进行饱和增益压缩处理，得到第一输出噪声。
33.需要说明的是，增益饱和非线性半导体光学放大器的噪声性质由传播信号引起的增益饱和放大器自发辐射噪声以及它们放大器传播时的分布式非线性相互作用决定，半导体光学放大器的噪声可以看作白高斯噪声过程，通常称为“langevin力”，施加到波方程和载流子动力学方程的信号中，其中，在假定噪声对输入信号来说是一种微扰，并把主要的噪声贡献归因于放大的自发辐射（ase）噪声。半导体光学放大器内的光场传播的波方程和增益分布可以用下列耦合方程描述：益分布可以用下列耦合方程描述：
34.其中，为归一化光场的包络，其中，z代表光场中光线的传播方向，在本发明实施例中，z表示光场中光线的传播方向为z轴正方向，t为光场中光线的传播时间，为线宽增强因子，为波导的散射损耗系数，为载流子寿命，i为无量纲参数，为半导体光放大器增益系数，为小信号增益系数，可以表示为：）其中，为泵浦速率，为注入电流，为电子电荷，为有源区的体积，为微分增益系数，为透明载流子浓度。
35.半导体光学增益介质中光场的主要噪声是电子空穴复合产生的光子自发辐射，其是一种量子现象，在假定存在大量光子数时，其噪声特性仍符合白高斯统计。因此，在半经典框架内处理光子器件的噪声时，各类噪声贡献一般均用白高斯过程来描述，通称“langevin力”，该噪声力可以施加到光场和增益分布的方程中。
36.由上述耦合方程和langevin噪声函数之间的相关关系，可以确定输出光场的噪声谱。因此，存在噪声时半导体光学放大器的光场和增益分布方程可以表示为：谱。因此，存在噪声时半导体光学放大器的光场和增益分布方程可以表示为：其中，描述自发辐射过程的噪声贡献，描述载流子噪声的贡献。
37.对于增益饱和的非线性放大情形，输入信号很强，噪声对总的输出光场影响很小，可看成一种微扰。则光场可以表示为：
其中，是没有放大器噪声时归一化光场的包络的值，是的振幅，是的相位，是实际值相对的偏差，是实际值相对的偏差，i为无量纲参数，最终，服务器根据上述光场表达式以及存在噪声时半导体光学放大器的光场和增益分布方程对待处理噪声进行噪声贡献分析，确定对应的噪声贡献数据，最终服务器通过噪声贡献数据对待处理噪声进行饱和增益压缩处理，得到第一输出噪声。
38.在一具体实施例中，如图3所示，执行步骤s104的过程可以具体包括如下步骤：s201：基于本征频率，对第一输出噪声进行噪声筛选，确定对应的目标频率噪声；s202：将目标频率噪声输入目标扩频噪声抵消装置中的参考端进行第一噪声削减处理，得到第一待抵消输出噪声；s203：将目标频率噪声输入目标扩频噪声抵消装置中的延迟端进行第二噪声削减处理，得到第二待抵消输出噪声；s204：对第一待抵消输出噪声以及第二待抵消输出噪声进行噪声抵消处理，得到第二输出噪声。
39.具体的，对于第一输出噪声，基于本征频率，对第一输出噪声进行噪声筛选，确定对应的目标频率噪声，进而将该目标频率噪声输入扩频噪声抵消装置。该第一输出噪声分别经历参考端和延迟端，需要说明的是，延迟端较参考端具有相位差π，进一步的，服务器将目标频率噪声输入目标扩频噪声抵消装置中的参考端进行第一噪声削减处理，得到第一待抵消输出噪声，进而服务器将目标频率噪声输入目标扩频噪声抵消装置中的延迟端进行第二噪声削减处理，得到第二待抵消输出噪声，最终，对第一待抵消输出噪声以及第二待抵消输出噪声进行噪声抵消处理，得到第二输出噪声，具体的，将该第一待抵消输出噪声以及该第二待抵消输出噪声进行相加处理，同时，需要说明的是，在本发明实施例中，设本征频率选择三倍频为例，这样对于参考端而言噪声和延迟端的噪声在同一时刻处汇合并进行作差，实现噪声的相减相消，需要说明的是，三倍频滤波可以滤除掉三倍频以下的噪声，其包括一倍频的所有噪声。
40.在一具体实施例中，在执行步骤s201之前，还包括如下步骤：（1）基于第一输出噪声对待配置的扩频噪声抵消装置进行本征频率倍数分析，确定本征频率倍数；（2）通过本征频率倍数对待配置的扩频噪声抵消装置进行参数配置，得到目标扩
频噪声抵消装置，并根据该本征频率倍数确定对应的本征频率。
41.在一具体实施例中，执行步骤s201的过程可以具体包括如下步骤：（1）对第一输出噪声进行频率分析，确定对应的噪声频率集合；（2）通过噪声频率集合及本征频率，对第一输出噪声进行本征频率噪声筛选，得到本征频率噪声和非本征频率噪声；（3）对第一输出噪声进行非本征频率噪声剔除处理，得到目标频率噪声。
42.需要说明的是，基于第一输出噪声对待配置的扩频噪声抵消装置进行本征频率倍数分析，确定本征频率倍数，具体的，为了更好的抑制噪声，通常选择一倍频，三倍频或者更高奇次倍频，因为更高的频率可以获得更高的采样实现更高效的噪声平滑抵消，在本发明实施例中，对该第一输出噪声进行频率分析，确定与该第一输出噪声对应频率数据，并根据该频率数据进行本征频率倍数分析，确定本征频率倍数，进而通过本征频率倍数对待配置的扩频噪声抵消装置进行参数配置，得到目标扩频噪声抵消装置，并根据该本征频率倍数确定对应的本征频率，最终，服务器通过本征频率倍数对待配置的扩频噪声抵消装置进行参数配置，得到目标扩频噪声抵消装置，并根据该本征频率倍数确定对应的本征频率。
43.由于在本征频率上进行解调，该过程相当于一个以本征频率为周期的滤波器，只有在具有和本征频率相接近特性噪声才能进入上述“滤波器”，其他不相关频率噪声特性完全被压抑。因此，在本发明实施例中，服务器对第一输出噪声进行频率分析，确定对应的噪声频率集，通过噪声频率集合及本征频率，对第一输出噪声进行本征频率噪声筛选，得到本征频率噪声和非本征频率噪声，其中，在对第一输出噪声进行本征频率噪声筛选时，服务器通过该噪声频率集合以及该本征频率进行数据遍历，确定处于该本征频率相同的噪声频率以及与该本征频率不同的噪声频率，最终确定本征频率噪声和非本征频率噪声，最终，服务器对第一输出噪声进行非本征频率噪声剔除处理，得到目标频率噪声。
44.本发明实施例还提供了一种基于光纤陀螺的噪声压缩调制系统，如图4所示，该基于光纤陀螺的噪声压缩调制系统具体包括：区域分析模块301，用于对初始调制函数曲线进行过调制区域分析，确定与所述初始调制函数曲线对应的过调制区域；下降处理模块302，用于对所述初始调制函数曲线对应的过调制区域进行梯度下降处理，得到目标调制函数曲线；压缩处理模块303，用于对宽谱光源中的待处理噪声进行饱和增益压缩处理，得到对应的第一输出噪声；抵消处理模块304，用于对所述第一输出噪声进行噪声抵消处理，得到第二输出噪声；噪声压缩模块305，用于通过所述目标调制函数曲线，对所述第二输出噪声进行过调制噪声压缩，得到目标输出噪声。
45.可选的，所述区域分析模块301具体用于：对所述初始调制函数曲线进行π相位偏置位置分析，确定对应的π相位偏置位置区域；通过所述π相位偏置位置区域对所述初始调制函数曲线进行过调制区域分析，确定与所述初始调制函数曲线对应的过调制区域。
46.可选的，所述下降处理模块302具体用于：通过所述过调制区域对所述初始调制函数曲线进行曲线分割，确定所述初始调制函数曲线中的待处理曲线；对所述初始调制函数
曲线中的待处理曲线进行梯度下降处理，得到目标调制函数曲线。
47.可选的，所述压缩处理模块303具体用于：对所述待处理噪声进行噪声贡献分析，确定对应的噪声贡献数据；通过所述噪声贡献数据对所述待处理噪声进行饱和增益压缩处理，得到所述第一输出噪声。
48.可选的，所述抵消处理模块304具体包括：筛选单元，用于基于本征频率，对所述第一输出噪声进行噪声筛选，确定对应的目标频率噪声；输入单元，用于将所述目标频率噪声输入目标扩频噪声抵消装置中的参考端进行第一噪声削减处理，得到第一待抵消输出噪声；处理单元，用于将所述目标频率噪声输入目标扩频噪声抵消装置中的延迟端进行第二噪声削减处理，得到第二待抵消输出噪声；抵消单元，用于对所述第一待抵消输出噪声以及所述第二待抵消输出噪声进行噪声抵消处理，得到所述第二输出噪声。
49.可选的，所述筛选单元具体用于：对所述第一输出噪声进行频率分析，确定对应的噪声频率集合；通过所述噪声频率集合及所述本征频率，对所述第一输出噪声进行本征频率噪声筛选，得到本征频率噪声和非本征频率噪声；对所述第一输出噪声进行非本征频率噪声剔除处理，得到目标频率噪声。
50.可选的，所述基于光纤陀螺的噪声压缩调制系统还包括：倍数分析模块306，用于基于所述第一输出噪声对待配置的扩频噪声抵消装置进行本征频率倍数分析，确定本征频率倍数；参数配置模块307，用于通过所述本征频率倍数对所述待配置的扩频噪声抵消装置进行参数配置，得到所述目标扩频噪声抵消装置，并根据该本征频率倍数确定对应的本征频率。
51.通过各个组成部分的协同合作，对初始调制函数曲线进行过调制区域分析，确定与初始调制函数曲线对应的过调制区域；对初始调制函数曲线对应的过调制区域进行梯度下降处理，得到目标调制函数曲线；对宽谱光源中的待处理噪声进行饱和增益压缩处理，得到对应的第一输出噪声；对第一输出噪声进行噪声抵消处理，得到第二输出噪声；通过目标调制函数曲线，对第二输出噪声进行过调制噪声压缩，得到目标输出噪声。本发明中，针对过调制区域，较原来余弦曲线新的调制函数曲线具有更快梯度下降，同时对上述初始调制函数曲线重点对π相位范围内，进行梯度下降作用，将上述虚线部分“下拉”至新的实线部分，于是在新的目标调制函数曲线作用下，输入噪声对应的响应输出噪声为新的压缩后噪声（噪声幅值具有显著的降低）压缩效率得到提升。
52.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。