专利名称：一种光纤陀螺光源相对强度噪声的抑制方法
技术领域：
本发明涉及光纤陀螺传感器中的信号处理方法，尤其是涉及一种光纤陀螺光源相对强度噪声的抑制方法。
背景技术：
光纤陀螺系统中的白噪声是影响光纤陀螺静态性能的主要因素，可以用随机游走系数表征。光纤陀螺中存在三种基本的白噪声源电子加性噪声、散粒噪声和光源相对强度噪声。电子加性噪声主要来源于探测器的暗电流和探测器跨阻抗放大器反馈电阻的Johnson热噪声，其噪声功率与光源功率无关；散粒噪声来源于光电探测器探测过程中光电子发射的随机性，由光的量子性导致，其噪声功率与光源功率成正比；光源相对强度噪声由光源功率波动导致，是宽带光源的各级傅里叶分量之间的拍频引起的附加噪声，其噪声·功率与光源功率的平方成正比。以上三种白噪声源的产生机理各不相同，其对系统总噪声的贡献满足功率叠加原理，根据三种白噪声源功率与光源功率P之间的关系，其总噪声功率N2可以表示为N2 = A+BP+CP2 (I)式中，A表征电子加性噪声,B表征散粒噪声,C表征光源相对强度噪声。由于光纤陀螺输出信号S正比于光源功率，则光纤陀螺输出信噪比SNR满足
V2ISNR = -^:-,--{.2)
N2 A/P2+B/P + C式中，a表示“正比于”。由式⑵可知，随着光源功率的提高，电子加性噪声和散粒噪声的输出信噪比会逐渐增加；然而光源相对强度噪声的输出信噪比与光源功率无关，随着光源功率逐渐增大，光源相对强度噪声逐渐成为光纤陀螺输出信噪比增大的限制因素，此时只有对光源相对强度噪声进行有效抑制才能进一步提高输出信噪比，从而改善光纤陀螺静态性能。目前光纤陀螺系统尤其是高精度光纤陀螺系统中往往采用高功率、宽光谱的宽带光源，如超辐射二极管(SLD)和超荧光光纤光源(SFS)。高光源功率是有效抑制散粒噪声影响、获得良好光纤陀螺输出性能的重要手段；宽带光源的使用，能有效抑制背向散射、偏振误差和克尔效应导致的光纤陀螺输出误差，但其有限宽度光谱各级傅里叶分量之间的随机拍频导致光源功率随机波动，光纤陀螺输出性能受到光源相对强度噪声的限制，这在使用光源功率较高的超荧光光纤光源的光纤陀螺系统中表现的尤为明显，此时光源相对强度噪声决定了光纤陀螺的最小检测灵敏度。专利US6763153B2提供了一种通过噪声消减抑制光源相对强度噪声的方法，从光纤死头引出参考信号并通过延时后，与光纤陀螺参考信号在消减器中执行噪声消减算法，得到光源相对强度噪声受抑制的光纤陀螺输出。专利US6765678B2则提供了一种通过反馈泵浦电流抑制光源相对强度噪声的方法，从光纤死头引出参考信号后，通过反馈控制环节对光源泵浦电流进行控制，减小光源相对强度噪声对输出光强波动的影响。本发明提出了一种新的光源相对强度噪声抑制方法，从光纤死头引出参考信号，通过延时和滤波后产生光强调制控制信号，通过光强调制器对光纤陀螺信号光进行光强调制补偿，得到光源相对强度噪声受抑制的光纤陀螺输出。

发明内容
针对目前光纤陀螺尤其是高精度光纤陀螺系统的静态性能受到光源相对强度噪声限制的问题，本发明的目的在于提供一种光源相对强度噪声的抑制方法，对光源相对强度噪声进行有效抑制，从而提高光纤陀螺静态性能。本发明所采用的技术方案的步骤如下I)从光纤陀螺的耦合器的光纤死头引出具有光源光强波动信息的参考光，参考光被光电探测器接收，得到参考信号IJt)； 2)参考信号Ir(t)经信号处理模块产生光强调制控制信号V。；3)光强调制控制信号V。通过光强调制器对从光纤环返回的光纤陀螺信号光进行光强调制，补偿光源相对强度噪声导致的光强波动；4)另一个光电探测器探测经光强调制的光纤陀螺信号光，经信号处理模块解调得到光源相对强度噪声受抑制的光纤陀螺输出；信号处理模块同时为相位调制器提供光纤陀螺调制信号。所述的信号处理模块对所述的参考信号IJt)延时τ得到信号Ir丨(t)，其中τ =nL/c是光纤环渡越时间，η是光纤折射率，L是光纤环的光纤长度，c = 3X 108m/s是真空中光速；对信号IJ (t)进行滤波处理，得到直流分量Irt ' (t)和噪声分量Im' (t)，用于表征光源光强波动。所述的光强调制器采用质子交换技术的铌酸锂电光调制器，信号处理模块产生的光强调制控制信号V。为
T, V- . Ii(I)K=- arcsm -7Γ-
π Ir0(f)式中Vn是光强调制器的半波电压；经此光强调制控制信号V。调制的光纤陀螺信号光经光电探测器探测和信号处理模块解调后得到光源相对强度噪声受抑制的光纤陀螺输出。本发明具有的有益效果是本发明从光纤陀螺系统耦合器的光纤死头引出参考光进行信号处理得到光源波动信息，并产生光强调制控制信号作用于光纤陀螺光路系统中的光强调制器，用于补偿光源波动导致的光纤陀螺信号波动，从而得到光源相对强度噪声受抑制的光纤陀螺输出，提高了光纤陀螺的静态性能。


图I是未采用本发明实施方法的光纤陀螺结构示意图。图2是采用本发明实施方法的光纤陀螺结构示意图。图3是经光强调制控制信号补偿的光纤陀螺信号光。图4是未经光强调制控制信号补偿的光纤陀螺信号光。
图中1、光源，2、耦合器，3、相位调制器，4、光纤环，5、光强调制器，6、光电探测器，7、光电探测器，8、信号处理模块，9、光纤死头。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。发明原理如图2所示，在耦合器2和光电探测器6之间加入光强调制器5，通过光强调制器5对光纤陀螺信号光进行光强调制，补偿光源相对强度噪声导致的信号波动；光强调制控制信号由耦合器2的光纤死头引出参考光并通过一系列信号处理得到。光源功率I⑴可以表示为直流分量IciU)和噪声分量In⑴之和，即I(t)=I0(t)+In(t) (3)从稱合器2的光纤死头引出具有光源光强波动信息的参考光,参考光被光电探测器7接收，得到参考信号IJt)Ir(t) = [I0(t)+In(t)]gl (4)式中，gl是比例系数，表征光源I到探测器7之间的损耗。到达光强调制器5之前的光纤陀螺信号光Is (t)可以表示为Is(t) = [I0(t_ τ )+In(t_ τ )]g2[l+cos<i) (t_ τ )] (5)式中，g2是比例系数，表征光源I到光强调制器5之前的损耗；τ是光纤环渡越时间，τ = nL/c, η是光纤折射率，L是光纤环4的光纤长度，c = 3X 108m/s是真空中光速；Φ (t- τ )是光纤陀螺调制相位，方波调制的闭环光纤陀螺中调制相位Φ (t_ τ )为一常量。光纤陀螺信号光Is(t)中，In(t_ τ )g2[l+cos<i) (t-τ )]为噪声信号，可以通过光强调制器5进行调制补偿。对于铌酸锂电光调制器，光强传递函数是调制相位的余弦函数，在调制相位为η/2时具有最佳调制灵敏度，故光强调制器5设定工作于π/2偏置相位处。若施加V。的调制电压能补偿Is(t)中的噪声分量，则
权利要求
1.一种光纤陀螺光源相对强度噪声的抑制方法，其特征在于，该方法的步骤如下 1)从光纤陀螺的耦合器(2)的光纤死头引出具有光源光强波动信息的参考光，参考光被光电探测器(7)接收，得到参考信号IJt)； 2)参考信号IJt)经信号处理模块(8)产生光强调制控制信号V。； 3)光强调制控制信号V。通过光强调制器(5)对从光纤环(4)返回的光纤陀螺信号光进行光强调制，补偿光源相对强度噪声导致的光强波动； 4)另一个光电探测器(6)探测经光强调制的光纤陀螺信号光，经信号处理模块(8)解调得到光源相对强度噪声受抑制的光纤陀螺输出；信号处理模块(8)同时为相位调制器(3)提供光纤陀螺调制信号。
2.根据权利要求I所述的一种光纤陀螺光源相对强度噪声的抑制方法，其特征在于所述的信号处理模块⑶对所述的参考信号IJt)延时τ得到信号仁丨(t)，其中τ =nL/c是光纤环渡越时间，η是光纤折射率，L是光纤环(4)的光纤长度，c = 3XlOVs是真空中光速；对信号L丨(t)进行滤波处理，得到直流分量Irt丨(t)和噪声分量Im丨(t)，用于表征光源光强波动。
3.根据权利要求I所述的一种光纤陀螺光源相对强度噪声的抑制方法，其特征在于所述的光强调制器(5)采用质子交换技术的铌酸锂电光调制器，信号处理模块(8)产生的光强调制控制信号V。为
全文摘要
本发明公开了一种光纤陀螺光源相对强度噪声的抑制方法。从光纤陀螺的耦合器的光纤死头引出具有光源光强波动信息的参考光被光电探测器接收，得到参考信号；经信号处理模块产生光强调制控制信号；通过光强调制器对从光纤环返回的光纤陀螺信号光进行光强调制，补偿光源相对强度噪声导致的光强波动；另一个光电探测器探测经光强调制的光纤陀螺信号光，经信号处理模块解调得到光源相对强度噪声受抑制的光纤陀螺输出。本发明能有效抑制光源相对强度噪声对光纤陀螺输出的影响，提高了光纤陀螺的静态性能。
文档编号G01C19/72GK102818565SQ20121028170
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月9日 优先权日2012年8月9日
发明者汪樟海, 陈杏藩, 刘承 申请人:浙江大学