减小光纤陀螺标度因数误差的方法、处理电路及光纤陀螺与流程

本发明涉及光纤陀螺，具体涉及一种减小光纤陀螺标度因数误差的方法、处理电路及光纤陀螺。

背景技术：

1、参照图1，数字闭环干涉型光纤陀螺由光源011、光路和处理电路组成。光源011主要作用是为光纤陀螺提供产生sagnac效应所需的合适光信号，以及较高的稳定输出光功率，可以获得较高信噪比的干涉信号；光路部分包含耦合器08、y波导09和光纤环010，主要作用是通过闭合光路中的sagnac效应得到干涉信号的相位差；处理电路主要作用为微弱信号的调理、闭环算法及y波导09相应调制的实现、角速率解算与输出。

2、光纤陀螺的处理电路包括信号解调单元、核心控制单元、信号调制与反馈单元、串行通信接口。所述信号解调单元包括输出输入依次连接的前置放大滤波01和模数转换器02，所述核心控制单元包括fpga 03，所述信号调制与反馈单元包括输出输入依次连接的数模转换器04和后置放大器05。

3、当外界在光纤陀螺敏感方向输入角速率时，光纤陀螺输出光信号上会叠加与角速率相关的误差信息，光纤陀螺输出光信号通过pin-fet光电探测器07输出转化为电压信号，通过前置放大滤波01对该电压信号进行调理，再通过模数转换器02转化为数字信号后发送至fpga 03。一方面，fpga 03通过采集数字信号，并由此计算得到输入角速率误差信号的数字量，通过对角速率信息进行数字调制后，通过fpga 03第一输出端将反馈控制量输出至数模转换器04，再经过后置放大器05后，输出至光纤陀螺的y波导09上，将由于输入角速率而产生的相位误差信号调节至原工作点后形成闭环反馈。另一方面，fpga 03对输入误差信号进行数字解调得到陀螺敏感角速率输出数据，通过fpga 03第二输出端经过串口通信电路06按照协议规定输出陀螺数据。

4、依据光纤陀螺的基本原理可知，光纤陀螺的标度因数k如下：

5、

6、式中，l为光纤环010的长度，d为光纤环010的等效直径，λ为光纤陀螺的波长，c为光在光纤中传播的速度。

7、从上式可以看出，光纤环长度的变化会导致光纤陀螺标度因数的变化，在全温度范围内，光纤环长度的变化导致光纤陀螺的标度因数误差超过了1000ppm。在工程上，大多采用全温度范围内采集光纤陀螺的标度因数，通过温度传感器的测量值与全温度范围的标度因数的变化，建立补偿模型，减小光纤陀螺的全温标度因数误差。但随着光纤陀螺的长时间工作，光纤环发生老化，标度因数的补偿模型不可避免的发生了变化，导致标度因数长期稳定性变差，使得光纤陀螺的应用得到了限制。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决随着光纤陀螺的长时间工作，光纤环发生老化，标度因数的全温度范围内补偿补偿模型发生了变化，导致标度因数长期稳定性变差，进一步造成光纤陀螺的应用受到限制的不足之处，而提供一种减小光纤陀螺标度因数误差的方法、处理电路及光纤陀螺。

2、为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了如下技术解决方案：

3、一种减小光纤陀螺标度因数误差的方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：

4、步骤1、光信号调制；

5、对fpga的调制时间tm进行调节，使pin-fet光电探测器输出的电压信号的脉冲宽度时间a最小，得到调制时间tm(a)；

6、步骤2、测量渡越时间误差；

7、步骤2.1、在pin-fet光电探测器输出端与fpga 03输入端之间设置脉冲检测电路，在fpga(03)的端口设置互连的锁向芯片，并设置fpga的调制时间为tm(a)；a为测量次数，a＝0；

8、步骤2.2、将pin-fet光电探测器输出的电压信号输入脉冲检测电路，得到检测脉冲宽度；通过fpga测量，得到检测脉冲宽度时间a(a)、相邻脉冲的下降沿与上升沿之间的间隔时间l(a)，所述检测脉冲宽度时间a(a)为渡越时间误差；

9、步骤3、修正调制时间；

10、通过比较tm(a)与l(a)的大小以及a(a)是否大于0，更新fpga的调制时间tm(a)，完成调制时间的修正。

11、进一步地，所述步骤3具体为：

12、步骤3.1、比较tm(a)与l(a)的大小；

13、如果tm(a)>l(a),则认为调制时间大于渡越时间，令a＝a+1后，令tm(a)＝tm(a)-a(a)；

14、如果tm(a)＝l(a),并且a(a)＝0时，则认为调制时间等于渡越时间，令a＝a+1后，维持调制时间tm(a)不变；

15、如果tm(a)＝l(a),并且a(b)>0，则认为调制时间小于渡越时间，令a＝a+1后，令tm(a)＝tm(a)+a(a)；

16、步骤3.2、判断a是否小于预设测量次数x，若是，则返回步骤2.2；否则执行步骤3.3；

17、步骤3.3、计算出tm(a)的平均值通过fpga(03)计算出tm(a)的平均值，更新fpga的调制时间为tm(a)＝avg，返回步骤2.2。

18、进一步地，步骤1中，所述对fpga的调制时间tm进行调节前还包括：

19、设置光纤陀螺的环境温度et为etmin，且et＝kt+etmin；其中k为升温速率，t为时间，etmin为环境温度et最小值，et∈[-50,+85]。

20、进一步地，所述步骤3具体为：

21、步骤3.1、比较tm(a)与l(a)的大小以及a(a)是否大于0；

22、如果tm(a)>l(a),则认为调制时间大于渡越时间，令a＝a+1后，令tm(a)＝tm(a)-a(a)；

23、如果tm(a)＝l(a),并且a(a)＝0时，则认为调制时间等于渡越时间，令a＝a+1后，维持调制时间tm(a)不变；

24、如果tm(a)＝l(a),并且a(a)>0，则认为调制时间小于渡越时间，令a＝a+1后，令tm(a)＝tm(a)+a(a)；

25、步骤3.2、判断实时温度etreal是否小于+85，若是，则执行步骤3.3；否则执行步骤3.5；

26、步骤3.3、判断a是否小于预设测量次数x，若是，则返回步骤2.2；否则执行步骤3.4；

27、步骤3.4、计算出tm(a)的平均值etreal为光纤陀螺的环境温度et的实时值；

28、通过fpga计算出tm(a)的平均值，控制锁相芯片更新fpga的调制时间为tm(a)＝avg(etreal)，并记录avg(etreal)，返回步骤2.2；

29、步骤3.5、根据已有的不同光纤陀螺的环境温度et下的标度因数k建立k(etreal),再结合步骤3.3记录的avg(etreal),建立标度因数误差补偿模型如下：

30、k′＝(a′*avg(etreal)+b)×k(etreal)

31、a′、b均为系数，通过最小二乘算法确定。

32、同时，本发明还提供一种减小光纤陀螺标度因数误差的处理电路，用于实现上述减小光纤陀螺标度因数误差的方法，包括fpga、设置在fpga第一输入端的信号解调单元、设置在fpga第一输出端的信号调制与反馈单元、设置在fpga第二输出端的串行通信接口；所述信号解调单元包括输出输入依次连接的前置放大滤波和模数转换器，所述信号调制与反馈单元包括输出输入依次连接的数模转换器和后置放大器；

33、其特殊之处在于：还包括设置在光纤陀螺的pin-fet光电探测器输出端与fpga输入端之间的脉冲检测电路，以及与fpga互连的锁相芯片。

34、本发明还提供一种光纤陀螺，其特殊之处在于：采用上述减小光纤陀螺标度因数误差的处理电路。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

36、(1)本发明一种减小光纤陀螺标度因数误差的方法，通过在pin-fet光电探测器输出端与fpga输入端之间设置脉冲检测电路来测量渡越时间误差，并以此为基础修正调制时间，使得光纤环长度处于闭环控制过程，从而消除光纤陀螺在高低温情况下，因光纤环的长度变化造成的标度因数误差，以及因光纤环发生老化造成的标度因数误差，进一步提升了标度因数长期稳定性。

37、(2)本发明一种减小光纤陀螺标度因数误差的方法，通过测量全温度范围下的avg(etreal)，并结合k(etreal)，建立标度因数误差补偿模型，用于解决随着光纤陀螺的长时间工作，光纤环发生老化，标度因数的全温度范围内补偿补偿模型发生变化的问题。