專利名稱：光纖陀螺用基于變調(diào)制態(tài)調(diào)制解調(diào)算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖陀螺調(diào)制解調(diào)算法，尤其涉及一種主要用于高精度摻鉺光纖陀螺 的基于變調(diào)制態(tài)的調(diào)制解調(diào)算法。
背景技術(shù)：
光纖陀螺作為新型慣性儀表，具有無轉(zhuǎn)動部件、測角范圍大、長壽命、高靈敏度和 高可靠性等優(yōu)點，目前在國外的軍民市場已經(jīng)普及推廣，國內(nèi)雖起步較晚，但發(fā)展速度較 快，未來一段時間光纖陀螺必將逐漸替代傳統(tǒng)機械陀螺成為慣性應(yīng)用領(lǐng)域的主流儀表配置 方案。干涉式光纖陀螺設(shè)計方案是目前工程應(yīng)中普遍采用的主要方案，其主要由光學(xué)部 件和電子部件兩部分組成，電子電路設(shè)計特別是光纖陀螺數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計已經(jīng)成 為影響光纖陀螺性能的重要組成部分。目前主要采用兩態(tài)調(diào)制和四態(tài)調(diào)制兩種確定調(diào)制態(tài) 調(diào)制解調(diào)方案，這兩種調(diào)制方案可能帶來以下參數(shù)誤差(1)確定調(diào)制波復(fù)位期間帶來復(fù)位誤差；(2)確定調(diào)制態(tài)調(diào)制波強信號產(chǎn)生串擾并作用于探測器輸出中；(3)隨時間和環(huán)境變化產(chǎn)生確定調(diào)制易產(chǎn)生漂移趨勢項；以上誤差因素是確定調(diào)制態(tài)調(diào)制解調(diào)算法必然存在的。對于高精度摻鉺光纖陀 螺，其主要應(yīng)用于超高精度導(dǎo)航級應(yīng)用領(lǐng)域，對其精度、可靠性以及噪聲的要求都非常高。 采用確定調(diào)制態(tài)的數(shù)字閉環(huán)解調(diào)技術(shù)的高精度摻鉺光纖陀螺雖然能夠獲得很好的噪聲特 性，但是由于其確定不變的調(diào)制模態(tài)，容易產(chǎn)生上述電子串擾、積累漂移誤差等缺陷。因此 高精度摻鉺光纖陀螺必須采取必要的措施對上述誤差加以抑制和消除。一般來說解決的方 法有兩種一是改進電路及光學(xué)電子部件性能，其總體方案原理框圖見圖1，圖2是高精度 光纖陀螺邏輯電路功能圖；二是采用全新的調(diào)制解調(diào)方案對數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè) 計。圖3為高精度光纖陀螺中利用階梯波產(chǎn)生反饋相位圖。而從目前的技術(shù)水平和工藝水 平看，第一種方法成本高且國內(nèi)器件工藝水平短期無法實現(xiàn)，大部分元器件還達不到理想 的要求。所以目前針對超高精度光纖陀螺采取第二種方法，即對產(chǎn)生上述誤差因素的調(diào)制 解調(diào)算法進行創(chuàng)新，以無需采用傳統(tǒng)的復(fù)雜控制電路和算法，但目前實現(xiàn)的效果并不理想。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提出一種主要應(yīng)用于高精度摻 鉺光纖陀螺的基于變調(diào)制態(tài)調(diào)制解調(diào)算法，該算法能夠減小電子串擾，消除長期積累漂移誤差。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的光纖陀螺用基于變調(diào)制態(tài)調(diào)制解調(diào)算法，在每 個調(diào)制周期內(nèi)，正向偏置量以某一個量增加，負向偏置量以某一個量減小，這兩路信號交替 施加到反饋元件上，并通過光纖陀螺本身固定的渡越周期來完成調(diào)制。正向偏置增加量和負向偏置減小量主要有如下三種情形(當然也包括根據(jù)這三種情形的衍生)，由此形成三種不同的具體調(diào)制解調(diào)算法。一、正向偏置增加量和負向偏置減小量確定且相等，以使偏置調(diào)制點以確定的周 期循環(huán)往復(fù)的變化。此調(diào)制解調(diào)算法可稱之為等變偏置量變偏置態(tài)調(diào)制解調(diào)算法。二、正向偏置增加量和負向偏置減小量不相等但確定，以使兩個偏置調(diào)制點以各 不相同的確定的周期以某一偏置點為中心循環(huán)往復(fù)的變化。此調(diào)制解調(diào)算法可稱之為非等 變偏置量變偏置態(tài)調(diào)制解調(diào)算法。三、正向偏置增加量和負向偏置減小量不相等也不確定，而是一個滿足設(shè)定函數(shù) 規(guī)律的變量，以使兩個偏置調(diào)制點以各不相同的不確定的周期以某一偏置點為中心循環(huán) 往復(fù)的變化。此調(diào)制解調(diào)算法可稱之為隨機非等變偏置量變偏置態(tài)調(diào)制解調(diào)算法。本發(fā)明提出了一種全新的變調(diào)試態(tài)調(diào)制解調(diào)算法，該算法能夠?qū)崿F(xiàn)本征調(diào)制周期 內(nèi)調(diào)制態(tài)的規(guī)律變化和不同調(diào)制態(tài)共同工作，從而實現(xiàn)減小電子串擾、消除長期積累漂移 誤差的目的，這不僅有利于提高陀螺的精度，而且對提高光纖陀螺長期穩(wěn)定性也有非常重 要的作用。


圖1-高精度光纖陀螺總體方案原理框圖。圖2-高精度光纖陀螺邏輯電路功能圖。圖3-高精度光纖陀螺中利用階梯波產(chǎn)生反饋相位圖。圖4a_高精度光纖陀螺中等變偏置量變偏置態(tài)調(diào)制示意圖。圖4b_高精度光纖陀螺中非等變偏置量變偏置態(tài)調(diào)制示意圖。圖5-數(shù)字邏輯單元變調(diào)制態(tài)調(diào)制解調(diào)算法軟件流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明設(shè)計了一套基于變調(diào)制態(tài)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，實現(xiàn)了本征調(diào)制周期內(nèi)不同調(diào) 制態(tài)共同工作。本調(diào)制解調(diào)技術(shù)具有區(qū)別于兩態(tài)調(diào)制、四態(tài)調(diào)制的獨有特征，通過優(yōu)化偏置 參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)多調(diào)制態(tài)工作，很好地完成高精度光纖陀螺對數(shù)字閉環(huán)調(diào)制解調(diào)部分的嚴 苛要求。具體如下1.變調(diào)制態(tài)調(diào)制解調(diào)算法對照傳統(tǒng)的閉環(huán)陀螺的調(diào)制方法，變調(diào)制態(tài)調(diào)制解調(diào)算法可分為等變偏置量變 偏置態(tài)調(diào)制、非等變偏置量變偏置態(tài)調(diào)制、隨機非等變偏置量變偏置態(tài)調(diào)制。1. 1等變偏置量變偏置態(tài)調(diào)制閉環(huán)光纖陀螺數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)中調(diào)制信號與反饋信號共同組合后施加到反饋 元件(Y波導(dǎo))上。等變偏置量變調(diào)制態(tài)調(diào)制解調(diào)算法是指在每個調(diào)制周期內(nèi)，正向偏置量以一確定 的量增加，負向偏置量以一確定的量減小，正向偏置增加量和負向偏置減小量相等，這兩路 信號交替施加到反饋元件上，并通過光纖陀螺本身固定的渡越周期來完成調(diào)制，此等變偏 置量變偏置態(tài)調(diào)制能夠?qū)崿F(xiàn)偏置調(diào)制點以一定的周期規(guī)律循環(huán)往復(fù)的變化。假設(shè)偏置調(diào)制 相位用P來表示，確定增量用A表示，則等變偏置量變偏置態(tài)調(diào)制算法可用如下公式表示
對Sagnac干涉儀中正向傳輸?shù)墓馐┘拥钠孟辔籔 = P+A (1)對Sagnac干涉儀中反向傳輸?shù)墓馐┘拥钠孟辔籔 = P-A (2)原理示意如圖4a所示。1. 2非等變偏置量變偏置態(tài)調(diào)制非等變偏置量變調(diào)制態(tài)調(diào)制解調(diào)算法是指在每個調(diào)制周期內(nèi)，正向偏置量以一定 的量增加，負向偏置量以一定的量減小，正向偏置增加量和負向偏置減小量不相等但確定， 這兩路調(diào)制信號交替施加到反饋元件上，并通過光纖陀螺本身固定的渡越周期來完成調(diào) 制，此非等變偏置量變偏置態(tài)調(diào)制能夠?qū)崿F(xiàn)兩個偏置調(diào)制點以各不相同的確定的周期規(guī)律 以某一偏置點為中心循環(huán)往復(fù)的變化。假設(shè)偏置調(diào)制相位用P來表示，正向增量用A表示， 反向增量用B表示，且A興B，則非等邊偏置量變偏置態(tài)調(diào)制算法可用如下公式表示對Sagnac干涉儀中正向傳輸?shù)墓馐┘拥钠孟辔籔 = P+A (3)對Sagnac干涉儀中反向傳輸?shù)墓馐┘拥钠孟辔籔 = P-B (4)原理示意如圖4b所示。1. 3隨機非等變偏置量變偏置態(tài)調(diào)制隨機非等變偏置量變調(diào)制態(tài)調(diào)制解調(diào)算法是指在每個調(diào)制周期內(nèi)，正向偏置量 以一不確定的量增加，負向偏置量以一不確定的量減小，正向偏置增加量和負向偏置減小 量是一個滿足設(shè)定函數(shù)規(guī)律的變量且不相等，這兩路調(diào)制信號交替施加到反饋元件上，并 通過光纖陀螺本身固定的渡越周期來完成調(diào)制，此非等變偏置量變偏置態(tài)調(diào)制能夠?qū)崿F(xiàn)兩 個偏置調(diào)制點以各不相同的不確定的周期規(guī)律以某一偏置點為中心循環(huán)往復(fù)的變化。假設(shè) 偏置調(diào)制相位用P來表示，正向增量用A表示，反向增量用B表示，且A興B，δ為根據(jù)需要 選用的隨機變量，則隨機非等變偏置量變偏置態(tài)調(diào)制算法可用如下公式表示對Sagnac干涉儀中正向傳輸?shù)墓馐┘拥钠孟辔籔 = P+ (Α+ δ ) (5)對Sagnac干涉儀中反向傳輸?shù)墓馐┘拥钠孟辔籔 = P- (B+ δ ) (6)1. 4基于上述等變偏置量變偏置態(tài)調(diào)制、非等變偏置量變偏置態(tài)調(diào)制、隨機非等變 偏置量變偏置態(tài)調(diào)制而延伸的其它相關(guān)變偏置量調(diào)制解調(diào)算法。2.電路部分光纖陀螺電路部分大致可分為光路控制電路和信號處理電路兩部分。光路控制電 路主要是用來完成光源驅(qū)動和制冷。信號處理電路主要完成陀螺以調(diào)制解調(diào)功能為主的數(shù)字閉環(huán)部分。本專利中的變 偏置量調(diào)制解調(diào)算法在設(shè)計上不需要增加陀螺的硬件電路就可完成。3.軟件部分軟件采用Windows操作系統(tǒng)，模塊化設(shè)計，主要包括幾個部分(模塊)初始化、本 征周期設(shè)定、A/D采樣數(shù)字解調(diào)、陀螺角速率輸出、反饋信號生成/偏置信號施加，其關(guān)系如圖5。(1)初始化完成電路參數(shù)初始化。(2)本征周期設(shè)定根據(jù)陀螺電路參數(shù)和光路參數(shù)確定陀螺的本征調(diào)制周期，作為后續(xù)程序運行的基 準。(3)A/D采樣數(shù)字解調(diào)Sagnac干涉儀生成干涉誤差信號通過光電轉(zhuǎn)換器件后生成電信號通過A/D采樣 后，通過解調(diào)獲得角速率誤差進行一次積分后生成角速率信號供后續(xù)處理使用。(4)反饋信號生成/偏置信號施加數(shù)字解調(diào)后的誤差信號在此部分通過二次積分，生成了階梯波角誤差信號，同時， 此處還有設(shè)計的變調(diào)制態(tài)調(diào)制量共同施加到陀螺的反饋元件一Y波導(dǎo)上，完成設(shè)置偏置 工作點和反饋誤差信號的功能。(5)陀螺角速率輸出根據(jù)解調(diào)單元獲得的陀螺角速率數(shù)據(jù)的特征對數(shù)據(jù)進行優(yōu)化和整理，通過諸如剔 出壞數(shù)、數(shù)字濾波等手段提高原始數(shù)據(jù)可信度，最終作為陀螺角速率輸出。
權(quán)利要求
1.光纖陀螺用基于變調(diào)制態(tài)調(diào)制解調(diào)算法，其特征在于在每個調(diào)制周期內(nèi)，正向偏 置量以某一個量增加，負向偏置量以某一個量減小，這兩路信號交替施加到反饋元件上，并 通過光纖陀螺本身固定的渡越周期來完成調(diào)制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖陀螺用基于變調(diào)制態(tài)調(diào)制解調(diào)算法，其特征在于正向 偏置增加量和負向偏置減小量確定且相等，以使偏置調(diào)制點以確定的周期循環(huán)往復(fù)的變 化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖陀螺用基于變調(diào)制態(tài)調(diào)制解調(diào)算法，其特征在于正向 偏置增加量和負向偏置減小量不相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖陀螺用基于變調(diào)制態(tài)調(diào)制解調(diào)算法，其特征在于所述 正向偏置增加量和負向偏置減小量均為一確定的量，以使兩個偏置調(diào)制點以各不相同的確 定的周期以某一偏置點為中心循環(huán)往復(fù)的變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖陀螺用基于變調(diào)制態(tài)調(diào)制解調(diào)算法，其特征在于所述 正向偏置增加量和負向偏置減小量均為一滿足設(shè)定函數(shù)規(guī)律的變量，以使兩個偏置調(diào)制點 以各不相同的不確定的周期以某一偏置點為中心循環(huán)往復(fù)的變化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖陀螺用基于變調(diào)制態(tài)調(diào)制解調(diào)算法，在每個調(diào)制周期內(nèi)，正向偏置量以某一個量增加，負向偏置量以某一個量減小，這兩路信號交替施加到反饋元件上，并通過光纖陀螺本身固定的渡越周期來完成調(diào)制。正向偏置增加量和負向偏置減小量主要有如下三種情形1.確定且相等。2.不相等但確定。3.不相等也不確定，而是一個滿足設(shè)定函數(shù)規(guī)律的變量。本發(fā)明提出了一種全新的變調(diào)試態(tài)調(diào)制解調(diào)算法，該算法能夠?qū)崿F(xiàn)本征調(diào)制周期內(nèi)調(diào)制態(tài)的規(guī)律變化和不同調(diào)制態(tài)共同工作，從而實現(xiàn)減小電子串擾、消除長期積累漂移誤差的目的，這不僅有利于提高陀螺的精度，而且對提高光纖陀螺長期穩(wěn)定性也有非常重要的作用。
文檔編號G01C19/72GK102116624SQ201010225299
公開日2011年7月6日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者劉凱, 張曉峰, 徐 明, 陳朝春 申請人:中國電子科技集團公司第二十六研究所