专利名称：一种降低光纤陀螺温度漂移的方法
技术领域：
本发明涉及光纤陀螺传感器中信号的处理方法，尤其是涉及ー种降低光纤陀螺温度漂移的方法。
背景技术：
光纤陀螺的渡越时间为光在光纤陀螺互易光路中传播一周所需要的时间，其倒数称为光纤陀螺的特征频率，渡越时间也可称为光纤陀螺的特征周期。中高精度光纤陀螺都采用数字闭环的方案，其通过相位调制器对系统进行调制，并通过模拟数字转换器将光纤陀螺的信号转换为数字量，通过控制器进行调制解调处理。 相位调制器起两个作用对系统进行时延差分相位调制，以进行相位反馈，实现闭环运行；以及进行工作点的动态偏置，以获得高的灵敏度。最常见的相位调制为方波相位调制。对光纤陀螺来说，漂移是ー个重要參数；抑制漂移的根本办法在于抑制系统存在的偏移。当相位调制器调制信号的半周期和光纤陀螺渡越时间不相等时，系统会产生与该误差相关的偏移；该偏移在环境变化时相应的变化，从而在光纤陀螺输出信号上叠加ー个漂移的误差分量，降低了系统的静态精度和分辨率，并且削弱了性能的稳定性。温度变化是引起光纤陀螺渡越时间漂移的最重要因素，光纤陀螺中互易光路的折射率与长度对温度变化具有敏感性，使得渡越时间具有漂移特性。光纤陀螺是ー个复杂的光机电系统，内部存在多种具有不同特性的噪声源。不同噪声源的产生机理不同，它们的存在都不同程度的影响了系统的静态精度，限制了系统在静态下的最小分辨率。要提高系统的静态精度及信号分辨率，需要抑制各种不同类型的噪声源带来的影响，使所有噪声的综合效果在允许的范围之内。通过在光纤陀螺的特征频率上对其进行调制，并且在调制频率点上进行同步解调，可以抑制大部分的噪声，包括光源噪声、电路噪声等，从而消除噪声对系统精度的影响，提高系统的分辨率。而在特征频率上面的同步调制解调，也可以在不同程度上抑制其他因素造成的漂移，从而提高系统的随机游走系数性能及在不同工作环境下的性能可靠性。相位调制对于噪声和漂移的抑制效果与调制信号半周期和渡越时间的误差是复杂的减函数关系，随着这个误差的加大，抑制的效果也越来越差，当该误差达到一定长度时抑制效果基本消失。只有精确地知道实时的光纤陀螺特征周期，然后根据该渡越时间选用系统中所采用调制信号周期，才能最大限度改善光纤陀螺的漂移性能。现有光纤陀螺中，相位调制器的调制周期在工作过程中保持不变，导致环境适应性不佳，温度变化对光纤陀螺性能的影响显著。光纤陀螺的渡越时间对不同系统是不同的数值，其具体大小决定于互易光路中的光路长度和互易光路中的光纤的折射率；对于同一系统，渡越时间在不同温度下也会发生漂移，漂移大小约为每摄氏度十万分之一(10ppm/°C)。光纤陀螺生产过程中，可以在25°C得到渡越时间的标准值，该值约为50纳秒量级，对应的特征频率为20MHz，特征频率的漂移为200Hz/°C。对于O. 1°C的温控精度，频率控制精度需要优于20Hz ;对于±60°C环境下的光纤陀螺应用，需要频率控制动态范围达到24kHz。光纤陀螺的实际应用中，温度指标时刻变化，因此渡越时间也时刻变化。总之要求有一种实时高精度匹配的方法，仅利用光纤陀螺中温度传感器得到的温度模型，通过信号处理的方法，即可高精度实时匹配渡越时间与调制周期的方法。

发明内容
针对目前光纤陀螺研究中，高精度陀螺的性能要求调高温度漂移性能，而又缺少简单有效的方法的现状，本发明的目的在于提供一种降低光纤陀螺温度漂移的方法，从而提高光纤陀螺的精度和分辨率。本发明采用的技术方案步骤如下该方法的步骤如下I)使用数字温度器阵列对光纤陀螺温度进行采样，得到光纤陀螺不同位置的温度 数据；将不同位置温度数据的均值作为光纤陀螺平均温度；2)由光纤陀螺平均温度计算得到对应的特征频率控制字；频率控制字经过直接数字合成输出控制电光控制器的调制周期，使调制周期为光纤陀螺渡越时间的二倍，降低光纤陀螺温度漂移。所述的数字温度计阵列由放置在光线陀螺光纤陀螺上表面和下表面的七个数字温度计组成，放置方式为上表面放置四个温度计，下表面放置三个温度计，光纤陀螺呈圆柱体，上表面四个温度计在光纤陀螺外缘等距分布，下表面三个温度计在光纤陀螺外缘等距分布，其中上表面与下表面上的ー个温度计需要垂直位置重合。温度数据均值t与第η个温度计，η = 1，2，3，...，7，測量结果tn的关系为
权利要求
1.一种降低光纤陀螺温度漂移的方法，其特征在于，该方法的步骤如下 1)使用数字温度器阵列对光纤陀螺温度进行采样，得到光纤陀螺不同位置的温度数据；将不同位置温度数据的均值作为光纤陀螺平均温度； 2)由光纤陀螺平均温度计算得到对应的特征频率控制字；频率控制字经过直接数字合成输出控制电光控制器的调制周期，使调制周期为光纤陀螺渡越时间的二倍，降低光纤陀螺温度漂移。
2.根据权利要求I所述的ー种降低光纤陀螺温度漂移的方法，其特征在于所述的数字温度计阵列由放置在光线陀螺光纤陀螺上表面和下表面的七个数字温度计组成，放置方式为上表面放置四个温度计，下表面放置三个温度计，光纤陀螺呈圆柱体，上表面四个温度计在光纤陀螺外缘等距分布，下表面三个温度计在光纤陀螺外缘等距分布，其中上表面与下表面上的ー个温度计需要垂直位置重合。
3.根据权利要求I所述的ー种降低光纤陀螺温度漂移的方法，其特征在于所述的温度数据均值 与第/ 个温度计，/ = 1，2，3，…，7，測量結果ら的关系为
4.根据权利要求I所述的ー种降低光纤陀螺温度漂移的方法，其特征在于所述的特征频率控制字用于控制光纤陀螺内相位调制器的调制周期，调节精度优于20赫兹，调节速度优于O. 5微秒，频率控制字是ー个#位数字量，实际输出的调制频率/;由频率控制字#得至IJ，/； 是陀螺电路晶振频率
5.根据权利要求I所述的ー种降低光纤陀螺温度漂移的方法，其特征在于所述的直接数字合成用于进行频率调节，直接数字合成方法由#位相位累加器、波形存储器、数字/模拟转换器和低通滤波器组成，相位累加器在每ー个系统时钟周期来临时将频率控制字所決定的相位増量累加一次，如果计数大于/，则自动溢出，只保留后面的#位数字在累加器中，波形存储器用于实现从相位累加器输出的相位值到正弦幅度值的转换，然后送到数字/模拟转换器中将正弦幅度值的数字量转变为模拟量，最后通过滤波器输出/；。
全文摘要
本发明公开了一种降低光纤陀螺温度漂移的方法。该方法的步骤如下使用数字温度器阵列对光纤陀螺温度进行采样，得到光纤陀螺不同位置的温度数据；将不同位置温度数据的均值作为光纤陀螺平均温度；由光纤陀螺平均温度计算得到对应的特征频率控制字；频率控制字经过直接数字合成输出控制电光控制器的调制周期，使调制周期为光纤陀螺渡越时间的二倍，降低光纤陀螺温度漂移。本发明可以使调制频率与实际温度环境下的特征频率高精度匹配，调制频率调节精度优于20赫兹，调节速度优于0.5微秒，使系统能够准确的选择调制周期，消除渡越时间偏移造成的系统零偏，并抑制各种噪声源，最终达到提高光纤陀螺的精度和分辨率的效果。
文档编号G01C19/72GK102749090SQ20121026053
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月25日 优先权日2012年7月25日
发明者刘承, 赵辛, 陈杏藩, 高晓文 申请人:浙江大学