光纤陀螺原理ppt课件.ppt

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1、光纤陀螺捷联惯导课题组专题研讨光纤陀螺信号处理原理、方案及实现1研讨内容：干涉式光纤陀螺基本原理简介；信号的偏置调制与解调；闭环工作方案与实现；基于FPGA的信号处理及时序控制；信号处理电路板介绍；FPGA程序介绍。2干涉式光纤陀螺基本原理等价的概念：环形干涉仪——光纤陀螺光纤线圈——光纤环相位调制器——Y波导（Y分支）群传输时间——渡越时间萨格奈克相位差——Sagnac——3干涉式光纤陀螺基本原理光纤陀螺基于萨格奈克（Sagnac）效应，即当环形干涉仪旋转时，产生一个正比于旋转速率的相位差。4干涉型光纤陀螺（

2、I-FOG）就是一个光纤Sagnac干涉仪，它利用干涉测量技术把相位调制光转变为振幅调制光；把光相位的直接测量变为光强度的测量，从而较简单地测出Sagnac相位变化。光纤陀螺中Sagnac相位差的响应（光强I）为ΔΦS的余弦函数：干涉式光纤陀螺基本原理5干涉式光纤陀螺基本原理光源发出的光经过耦合器后分为两束光，其中的一束光进入电光相位调制器（Y波导），经过Y波导的内部调节后输出的两束光为满足光的相干条件，这两束光在光纤环中相向传播，感应外部的角速度运动，在探测器处检测干涉信号光强变化，经过光电信号处理转换之后，

3、形成闭环反馈电压信号来调节Y波导，使Y波导产生与外部Sagnac相移大小相等方向相反的反馈相移，使数字闭环光纤陀螺始终工作在零点相移附近，在数据处理的同时即可以获取外部的角速度信息。6信号的偏置调制与解调Φb必须和预定的灵敏度一样稳定！7“互易性偏置调制—解调”在光纤线圈的一端放置一个互易性相位调制器作为时延线，可完全克服相位偏置的漂移问题。由于互易性，两束干涉波受到完全相同的相位调制，但不同时，其时延等于调制器和分束器之间的长、短光路的群传输时间之差τ。信号的偏置调制与解调8于是，干涉信号变为：这种方法可以用

4、一个方波调制来实现，即，其中方波的半周期等于τ，从而产生一个的偏置调制。静止时，方波的两种调制态给出相同的信号：旋转时，则有：两种调制态之差变为：信号的偏置调制与解调90It0t偏置调制光强响应检测光强信号静止旋转信号的偏置调制与解调10用锁定放大器对探测器信号进行解调，可以测量这个“偏置”信号ΔΙ，当时有最大灵敏度，此时。由于这种调制—解调方法能够产生一个具有稳定偏置的正弦响应(未加调制的余弦响应的导数)，目前已经作为最佳的偏置技术被广泛采纳。稳定的零点信号的偏置调制与解调110tV0tΔφm0tφm信号的偏

5、置调制与解调12偏置调制状态选择的依据：最佳性能来自于最佳的信噪比；考虑理论光子噪声及探测器热噪声，偏置工作点可以选在之间，不会削弱信噪比。信号的偏置调制与解调13信号的偏置调制与解调四状态——14闭环工作方案与实现前面描述的调制—解调检测方案能够保持环形干涉仪的互易性，因而可以得到很好的零偏性能。当然，倘若高性能光纤陀螺仪必须有一个稳定的和低噪声的零偏，它也同样需要在整个动态范围内而不仅仅在零点附近具有好的精度。重要的测量参数是旋转的积分角位移而不只是速率，任何过去的误差都将影响未来的信息。这一约束意味着，在

6、任何速率上都需要一个精确的测量值（也即要有一个精确的标度因数）。这就是说，干涉仪的固有响应是正弦型的，而所需的陀螺仪速率响应信号应是线性的。这个问题可以采用闭环信号处理方法来解决。15解调出的偏置信号（或开环信号）作为一个误差信号反馈回系统中，以产生一个附加的反馈相位差ΔφFB。ΔφFB与旋转引起的相位差ΔφS大小相等、符号相反，总的相位差ΔφT=ΔφS+ΔφFB被司服控制在零位上。在这种闭环方案中，新的测量信号是反馈相位，它与反馈的光功率和检测通道的增益无关，这样就得到了一个稳定性好的线性响应。旋转速率的测量

7、值变为：闭环工作方案与实现16闭环工作的原始方案之一：利用频移——由声光调制器（AOM）也称为布喇格元件产生频移。事实上，萨格奈克效应可以用线圈分束器上的多普勒效应来解释，这样，位于线圈一端的频移器可以使萨格奈克效应的多普勒频移置零。稳定性！闭环工作方案与实现17原始方案二：模拟相位斜波——锯齿波调制通过采用一个线性相位斜波，可以克服声光频移器的稳定性问题。频率是相位的导数，运用一个相位调制器来代替频移器施加相位斜波调制（其中是斜率），等价于一个频移。这种处理方案允许在零点附近正向或负向工作（与斜波斜率的符号关

8、）。实际上，锯齿波调制波形在复位时必须具有很快的回扫时间。它要求相位调制器在很大的带宽内具有平坦的调制效率。闭环工作方案与实现18设想，当处理回路为闭环时，通过调节斜率补偿旋转引起的相位差，使总的相位差为零：锯齿波复位高度必须等于干涉仪的响应周期2πrad，否则这种复位会引起误差。也即：复位后，由零变为。闭环工作方案与实现19复位误差为简单起见，考虑干涉仪施加偏置后的正弦响应。当时信号