CN105674976A - 光纤陀螺调制解调方法、提高标度因数稳定性方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了光纤陀螺调制解调方法、提高标度因数稳定性方法及装置，提高光纤陀螺标度因数稳定性的功标因子归一化方法包括：建立归一化数学模型，所述归一化数字模型利用π/2+kπ调制幅度通过Y波导对光波进行本征方波调制，其中，k为整数；分别对每一调制周期内的正负半周期内经放大电路放大后的电压信号进行采样，从而得到奇偶采样值；根据每一调制周期内的奇偶采样值获得该周期内的奇偶采样值的差值以及该周期内的奇偶采样值的和值；根据所述归一化数学模型将奇偶采样值的差值以及奇偶采样值的和值相比，以将光纤陀螺解算过程中影响标度因数稳定性的功率标度因数因子A*R*P₀归一化，从而提高标度因数的稳定性。

Description

光纤陀螺调制解调方法、提高标度因数稳定性方法及装置

技术领域

本发明涉及光纤陀螺技术领域，特别涉及一种调制解调过程中提高标度因数稳定性的功标因子归一化方法、功标因子归一化装置、光纤陀螺调制解调方法以及调制解调装置。

背景技术

光纤陀螺仪是以光纤线圈为基础的敏感元件，由光源发射出的光波朝两个方向沿光纤传播。光纤陀螺仪与传统的机械陀螺仪相比，优点是全固态，没有旋转部件和摩擦部件，寿命长，动态范围大，瞬时启动，结构简单，尺寸小，重量轻。与激光陀螺仪相比，光纤陀螺仪没有闭锁问题，也不用在石英块精密加工出光路，成本低。

光纤陀螺的标度因数是光纤陀螺的重要参数之一，导航系统应用光纤陀螺时必须对光纤陀螺的这个参数进行标定，将标定后的参数写入导航解算程序中，以解算系统的导航姿态信息。因此，标度因数的稳定性对于导航系统来说尤为重要。然而，光纤陀螺的标度因数受光功率、光路损耗、光纤环、电路增益的影响而变化，这些影响标度因数的因数在全温下变化较大，从而使得光纤陀螺全温标度因数变化很大。传统技术中利用二次模型进行软件补偿的方法能从很大程度上提高了稳定性，但还是有几十到几百ppm的变化，影响陀螺解算的精度。

因此，如何在补偿的基础上进一步优化光纤陀螺全温标度因数具有重要的意义。

光纤陀螺调制解调过程中，标度因数的稳定性对光纤陀螺输出的结果影响非常大，而标度因数易受环境的影响而变化，例如易受光功率、光路损耗等影响而变化。在传统的调制解调过程中，是将奇偶采样值的差值作为解调信号，以此来解算光纤陀螺输出的旋转角速度信息，采用这种方式不能对影响标度因数稳定性的光功率标度因数因子(以下简称功标因子)进行归一化，功标因子有例如电路增益倍数A、探测器转换系数R、无转速且不调制下到达探测器的光功率P₀。光功率的变化会引起标度因数的变化，导致标度因数稳定性较低，从而导致光纤陀螺输出的信号精度较低。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种优化光纤陀螺全温标度因数的方法以提高光纤陀螺的全温标度因数稳定性。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种提高光纤陀螺全温标度因数稳定性的功标因子归一化方法，包括以下步骤：

建立归一化数学模型，所述归一化数字模型其中，ΔU为每一调制周期内奇偶采样值的差值，ΣU为每一调制周期内奇偶采样值的和值，A为放大电路的总放大倍数，R为探测器的转换系数，P₀为不调制且光纤环静止时光源到达探测器的光功率，Φ₀为调制幅度，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差；

利用π/2+kπ调制幅度通过Y波导对光波进行本征方波调制，其中，k为整数；

分别对每一调制周期内的正负半周期内经放大电路放大后的电压信号进行采样，从而得到奇偶采样值；

根据每一调制周期内的奇偶采样值获得该周期内的奇偶采样值的差值以及该周期内的奇偶采样值的和值；

根据所述归一化数学模型将奇偶采样值的差值以及奇偶采样值的和值相比，以将光纤陀螺解算过程中影响标度因数稳定性的功率标度因数因子A*R*P₀归一化，从而提高标度因数的稳定性。

进一步的，在分别对每一周期内的正负调制的半周期内经放大电路放大后的电压信号进行采样，从而得到奇偶采样值的步骤中：

通过得到正半周期的奇采样值，其中，P₀为不调制且光纤环静止时光源到达探测器的光功率，A为光纤陀螺内部放大电路的总放大倍数，R为探测器转换系数，Φ₀为方波调制幅度π/2+kπ，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差；

通过得到负半周期的偶采样值，其中，P₀为不调制且光纤环静止时光源到达探测器的光功率，A为光纤陀螺内部放大电路的总放大倍数，R为探测器转换系数，Φ₀为方波调制幅度π/2+kπ，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差。

进一步的，在根据每一周期内的奇偶采样值获得该周期内的奇偶采样值的差值的步骤中，通过以下公式求出奇偶采样值的差值：

ΔU＝P_--P₊＝A*R*P₀*sinΦ₀sinΦ_S，其中，sinΦ₀＝sin(π/2+kπ)＝1，P₀为不调制且光纤环不旋转时光源到达探测器的光功率，Φ₀为方波调制幅度π/2+kπ，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差。

进一步的，在根据每一周期内的奇偶采样值获得该周期内的奇偶采样值的和值的步骤中，通过以下公式求出奇偶采样值的和值：

ΣU＝U_-+U₊＝A*R*P₀+A*R*P₀*cosΦ₀cosΦ_S，其中，P₀为不调制且光纤环不旋转时光源到达探测器的光功率，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差，Φ₀为方波调制幅度π/2+kπ，cosΦ₀＝0，因此，ΣU＝A*R*P₀。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种提高光纤陀全温标度因数稳定性的功标因子归一化装置，包括：

归一化数学模型建立模块，用于建立归一化数学模型，所述归一化常数模型其中，ΔU为每一调制周期内奇偶采样值的差值，ΣU为每一调制周期内奇偶采样值的和值，A为放大电路的总放大倍数，R为探测器的转换系数，P₀为不调制且光纤环静止时光源到达探测器的光功率，Φ₀为调制幅度，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差；

Y波导调制模块，利用π/2+kπ调制幅度通过Y波导对光波进行本征方波调制，其中，k为整数；

奇偶采样值获取模块，用于分别对每一调制周期内的正负半周期内经放大电路放大后的电压信号进行采样，从而得到奇偶采样值；

奇偶采样值的差值及和值获取模块，用于根据每一调制周期内的奇偶采样值获得该周期内的奇偶采样值的差值以及该周期内的奇偶采样值的和值；

归一化模块，用于根据所述归一化数学模型将奇偶采样值的差值以及奇偶采样值的和值相比，以将光纤陀螺解算过程中影响标度因数稳定性的功率标度因数因子A*R*P₀归一化，从而提高标度因数的稳定性。

进一步的，所述奇偶采样值获取模块还用于：

通过得到正半周期的奇采样值，其中，P₀为不调制且光纤环静止时光源到达探测器的光功率，A为光纤陀螺内部放大电路的总放大倍数，R为探测器转换系数，Φ₀为方波调制幅度π/2+kπ，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差；

通过得到负半周期的偶采样值，其中，P₀为不调制且光纤环静止时光源到达探测器的光功率，A为光纤陀螺内部放大电路的总放大倍数，R为探测器转换系数，Φ₀为方波调制幅度π/2+kπ，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差。

进一步的，所述奇偶采样值的差值及和值获取模块，还用于通过以下公式获取奇偶采样值的差值：

ΔU＝P_--P₊＝A*R*P₀*sinΦ₀sinΦ_S，其中，sinΦ₀＝sin(π/2+kπ)＝1，P₀为不调制且光纤环不旋转时光源到达探测器的光功率，Φ₀为方波调制幅度π/2+kπ，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差。

进一步的，所述奇偶采样值差值及和值获取，还用于通过以下公式获取奇偶采样值的和值：

ΣU＝U_-+U₊＝A*R*P₀+A*R*P₀*cosΦ₀cosΦ_S，其中，P₀为不调制且光纤环不旋转时光源到达探测器的光功率，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差，Φ₀为方波调制幅度π/2+kπ，cosΦ₀＝0，因此，ΣU＝A*R*P₀。

为解决上述技术问题，本发明采用的又一个方案是：提供一种光纤陀螺的调制解调方法，包括以下步骤：

利用π/2+kπ调制幅度通过Y波导对光波进行本征方波调制，其中，k为整数；

分别对每一调制周期内的正负半周期内经放大电路放大后的电压信号进行采样，从而得到奇偶采样值；

根据每一调制周期内的奇偶采样值获得该周期内的奇偶采样值的差值以及该周期内的奇偶采样值的和值；

利用预先建立的归一化数学模型将奇偶采样值的差值以及奇偶采样值的和值相比，以将光纤陀螺解算过程中影响标度因数稳定性的功率标度因数因子A*R*P₀归一化后，得到光纤环旋转引起的相位差，并根据旋转引起的相位差解算得到光纤陀螺的旋转角速度。

为解决上述技术问题，本发明采用的又一个方案是：提供一种光纤陀螺调制解调装置，包括：

Y波导调制模块，利用π/2+kπ调制幅度通过Y波导对光波进行本征方波调制，其中，k为整数；

奇偶采样值获取模块，用于分别对每一调制周期内的正负半周期内经放大电路放大后的电压信号进行采样，从而得到奇偶采样值；

奇偶采样值的差值及和值获取模块，用于根据每一调制周期内的奇偶采样值获得该周期内的奇偶采样值的差值以及该周期内的奇偶采样值的和值；

归一化模块，用于利用预先建立的归一化数学模型将奇偶采样值的差值以及奇偶采样值的和值相比，以将光纤陀螺解算过程中影响标度因数稳定性的功率标度因数因子A*R*P₀归一化；

解算模块，用于归一化模块将影响标度因数稳定性的功率标度因数因子A*R*P₀归一化后，得到光纤环旋转引起的相位差，并根据旋转引起的相位差解算得到光纤陀螺的旋转角速度。

本发明的提高标度因数稳定性方法及装置，通过奇偶采样值的差值与和值相比，奇偶采样值的差值又与KΩ相等，利用KΩ与奇偶采样值的和值相比，即可对标度因数中的功标因子归一化，同时也能够得到旋转引起的相位差Φ_S，根据旋转引起的相位差Φ_S与光纤陀螺的旋转角速度信息成正比，因此可解算得到光纤陀螺输出的旋转角速度。将S代替传统技术中的ΔU作为解调输入同样可获得旋转角速度输出，由于S与功标因子K_P无关，即把功标因子K_P进行了归一化，使得光纤陀螺标度因数不再受功标因子的影响，有利于提高光纤陀螺标度因数稳定性。

本发明的调制解调方法及装置，仅需要在光纤陀螺解调程序中写入归一化数学模型，在实际调制解调时，利用π/2+kπ的调制幅度进行调制的前提下，通过将每一调制周期中采样得到的奇偶采样值的差值与和值相比，即可对标度因数K中的功标因子K_P进行归一化，从而避免了功标因子的变化而导致的标度因数K的不稳定性，提高了标度因数K的稳定性，进而提高了光纤陀螺输出的旋转角速度的稳定性、精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明光纤陀螺的光路结构框图。

图2是本发明在光纤陀螺调制解调过程中提高光纤陀螺全温标度因数稳定性的功标因子归一化方法的流程图。

图3是本发明光纤陀螺调制解调方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先对标度因数K进行推导、对标度因数K进行分析，具体如下：

第一步，光纤陀螺标度因数推导：

根据萨格奈克效应，光纤环旋转引起的相位差如下：

${\mathrm{\Φ}}_S=\frac{2\mathrm{\π}LD}{\mathrm{\λ}c}\mathrm{\Ω}...\left(1\right)$

式中：Φ_S为旋转引起的相位差；L为光纤环光纤长度；D为光纤环直径；λ为光源平均波长；c为真空中的光速；Ω光纤陀螺旋转的角速度。

方波调制加阶梯波闭环技术是目前光纤陀螺的主流方案，在方波调制下探测器接收的光功率为：

$P=\frac{P_0}{2}\[1+cos({\mathrm{\Φ}}_m+{\mathrm{\Φ}}_S)\]...\left(2\right)$

式中：P₀为光纤陀螺绝对静止且不调制时(Φ_S＝0，Φ_m＝0)到达探测器的光功率；Φ_m为：

${\mathrm{\Φ}}_m=\left\{\begin{array}{cc}+{\mathrm{\Φ}}_0& 0\≤t\≤\mathrm{\τ}\\ -{\mathrm{\Φ}}_0& \mathrm{\τ}\≤t\≤2\mathrm{\τ}\end{array}\right....\left(3\right)$

式中：Φ_m为调制函数，Φ₀为方波调制幅度，τ为光纤环的渡越时间(光波在光纤环中传输一周的时间)。

上述光功率信号经过探测器光电转换、电路放大后由A/D进行奇偶采样，探测器光电转换和电路的放大后信号为：

$U=A*R*\frac{P_0}{2}*\[1+cos({\mathrm{\Φ}}_m+{\mathrm{\Φ}}_S)\]...\left(4\right)$

式中：U为放大后到达A/D的电压信号；A为放大电路的总放大倍数，R为探测器的转换系数。

由此奇偶采样为：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{+}=A*R*\frac{P_0}{2}*\[1+cos({\mathrm{\Φ}}_S+{\mathrm{\Φ}}_0)\]\\ U_{-}=A*R*\frac{P_0}{2}*\[1+cos({\mathrm{\Φ}}_S-{\mathrm{\Φ}}_0)\]\end{array}\right....\left(5\right)$

奇偶采样值相减得：

ΔU＝P_--P₊＝A*R*P₀*sinΦ₀sinΦ_S…………..……………(6)

令k_P＝A*R*P₀，则有：

ΔU＝k_P*sinΦ₀*sinΦ_S…………..……………(7)

方波调制幅度一旦确定即为定值，因此当光源功率和光路损耗不变的情况下，A*R*P₀*sinΦ₀为常数项；另一方面，在闭环作用下，通过闭环控制将总相位差伺服控制的零附近，即Φ_S为小量时，因此sinΦ_S＝Φ_S。于是奇偶采样的差值为：

$\mathrm{\Δ}U=k_P*{\mathrm{sin\Φ}}_0*{\mathrm{\Φ}}_S=k_P*{\mathrm{sin\Φ}}_0*\frac{2\mathrm{\π}LD}{\mathrm{\λ}c}\mathrm{\Ω}=K\mathrm{\Ω}...\left(8\right)$

式中K称为标度因数。传统技术中，则将ΔU作为解调信号，以输出光纤陀螺的旋转角速度信号。然而，在光纤陀螺调制解调过程中，光源功率、光路损耗探测器转换系数、电路的放大倍数不可能一直不变，特别是在全温下工作，由于温度变化，导致上述参数发生变化，因此A*R*P₀则为变量，导致光纤陀螺的标度因数K随温度变化而变化，进而使得稳定性较差，光纤陀螺输出的旋转角速度信号精度差。因此，需要提出一种能够对功标因子进行归一化，使功标因子不对标度因数K产生影响的一种归一化方法以及装置。

第二步，对光纤陀螺标度因数K进行分析：

由上述(8)式可知，标度因数的公式：在本方案中，将A*R*P₀定义为功率标度因数因子，即通过功率影响标度因数稳定性的影响因子(简称功标因子)，可以用K_P表示；在该标度因数公式中，则为相位标度因数因子(简称相标因子)，即通过相位影响标度因数稳定性的影响因子，用K_Φ表示，因此，式中，Φ₀为调制幅度，sinΦ₀为常数项，不会引起标度因数的变化，另外两项则是引起标度因数发生变化的重要来源，若能够将功标因子和相标因子两者或者两者之一进行归一化，则对提高光纤陀螺标度因数稳定性具有重要意义。

请参见图1及图2，本发明提出一种能够在光纤陀螺解调过程中对影响标度因数K的功标因子进行归一化的方法，具体包括以下步骤：

S101、建立归一化数学模型，所述归一化数字模型其中，ΔU为每一调制周期内奇偶采样值的差值，ΣU为每一调制周期内奇偶采样值的和值，A为放大电路的总放大倍数，R为探测器的转换系数，P₀为不调制且光纤环静止时光源到达探测器的光功率，Φ₀为调制幅度，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差。

本方案中，建立数学模型包括将该数学模型写入光纤陀螺程序中，使得光纤陀螺每一次调制解调时，都通过该数学模型来对功标因子进行归一化。

S102、利用π/2+kπ调制幅度通过Y波导对光波进行本征方波调制，其中，k为整数；

本归一化方法是在光纤陀螺调制解调过程中进行的，要实现功标因子归一化的前提是通过Y波导必须采用π/2+kπ调制幅度对光波进行本征方波调制。

S103、分别对每一调制周期内的正负半周期内经放大电路放大后的电压信号进行采样，从而得到奇偶采样值；

光源光波到达探测器后，探测器将光信号转换为电信号，然后经过光纤陀螺的放大电路将该电压信号放大后，再进行奇偶采样，从而得到奇偶采样值。

通过得到正半周期的奇采样值，其中，P₀为不调制且光纤环静止时光源到达探测器的光功率，A为光纤陀螺内部放大电路的总放大倍数，R为探测器转换系数，Φ₀为方波调制幅度π/2+kπ，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差；

通过得到负半周期的偶采样值，其中，P₀为不调制且光纤环静止时光源到达探测器的光功率，A为光纤陀螺内部放大电路的总放大倍数，R为探测器转换系数，Φ₀为方波调制幅度π/2+kπ，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差。

采样方式与传统方式相同，采样值的计算如上述公式，此处不再赘述。

S104、根据每一调制周期内的奇偶采样值获得该周期内的奇偶采样值的差值以及该周期内的奇偶采样值的和值；

差值通过以下公式得到：

ΔU＝U_--U₊＝A*R*P₀*sinΦ₀sinΦ_S，其中，sinΦ₀＝sin(π/2+kπ)＝1，P₀为不调制且光纤环不旋转时光源到达探测器的光功率，Φ₀为方波调制幅度π/2+kπ，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差。在闭环作用下，通过闭环控制将总相位差伺服控制的零附近，即Φ_S为小量时，因此sinΦ_S＝Φ_S。于是奇偶采样的差值为：

和值通过以下公式得到：

ΣU＝U_-+U₊＝A*R*P₀+A*R*P₀*cosΦ₀cosΦ_S，其中，P₀为不调制且光纤环不旋转时光源到达探测器的光功率，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差，Φ₀为方波调制幅度π/2+kπ，cosΦ₀＝0，因此，ΣU＝A*R*P₀。

S105、根据所述归一化数学模型将奇偶采样值的差值以及奇偶采样值的和值相比，以将光纤陀螺解算过程中影响标度因数稳定性的功率标度因数因子A*R*P₀归一化，从而提高标度因数的稳定性。

由上述标度因数K的推导可知，标度因数K的公式如下：在闭环作用下，通过闭环控制将总相位差伺服控制的零附近，即ΦS为小量时，因此sinΦ_S＝Φ_S，因此

$\begin{array}{c}S=\frac{\mathrm{\Δ}U}{\mathrm{\Σ}U}=\frac{A*R*P_0*{\mathrm{sin\Φ}}_0{\mathrm{sin\Φ}}_S}{A*R*P_0+A*R*P_0*{\mathrm{cos\Φ}}_0{\mathrm{cos\Φ}}_S}\\ =\frac{A*R*P_0*{\mathrm{sin\Φ}}_0*\frac{2\mathrm{\π}LD}{\mathrm{\λ}c}\mathrm{\Ω}}{A*R*P_0+A*R*P_0*{\mathrm{cos\Φ}}_0{\mathrm{cos\Φ}}_S}\\ ={\mathrm{sin\Φ}}_0*\frac{2\mathrm{\π}LD}{\mathrm{\λ}c}\mathrm{\Ω}\end{array}$

又由于采用π/2+kπ调制，因此sinΦ₀＝1,因此S＝Φ_S。

本步骤中，通过奇偶采样值的差值与和值相比，奇偶采样值的差值又与KΩ相等，利用KΩ与奇偶采样值的和值相比，即可对标度因数中的功标因子消除，同时也能够得到旋转引起的相位差Φ_S，根据旋转引起的相位差Φ_S与光纤陀螺的旋转角速度信息成正比，因此可解算得到光纤陀螺输出的旋转角速度。

本方案中，将S代替传统技术中的ΔU作为解调输入同样可获得旋转角速度输出，由于S与功标因子K_P无关，即把功标因子K_P进行了归一化，使得光纤陀螺标度因数不再受功标因子的影响，有利于提高光纤陀螺的标度因数稳定性。

本发明的提高光纤陀螺标度因数稳定性的功标因子归一化方法，仅需要在光纤陀螺解调程序中写入归一化数学模型，在实际调制解调时，利用π/2+kπ的调制幅度进行调制的前提下，通过将每一调制周期中采样得到的奇偶采样值的差值与和值相比，即可对标度因数K中的功标因子K_P进行归一化，从而避免了功标因子的变化而导致的标度因数K的不稳定性，提高了标度因数K的稳定性，进而提高了光纤陀螺输出的旋转角速度的稳定性、精度。

本发明还公开了一种提高光纤陀标度因数稳定性的功标因子归一化装置，本归一化装置包括：归一化数学模型建立模块、Y波导调制模块、奇偶采样值获取模块、奇偶采样值的差值及和值获取模块以及归一化模块。其中：

所述归一化数学模型建立模块，用于建立归一化数学模型，所述归一化常数模型其中，ΔU为每一调制周期内奇偶采样值的差值，ΣU为每一调制周期内奇偶采样值的和值，A为放大电路的总放大倍数，R为探测器的转换系数，P₀为不调制且光纤环静止时光源到达探测器的光功率，Φ₀为调制幅度，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差。数学模型建立广义是包括成立该数学模型以及将该数学模型写入光纤陀螺调制解调程序中。狭义上的建立为将该数学模型写入光纤陀螺的调制解调程序中，而本实施例可为狭义上的建立。

本装置中的公式与上述方法中的公式相对，因此不再一一对其进行推导和解释。

所述Y波导调制模块，用于利用π/2+kπ调制幅度通过Y波导对光波进行本征方波调制，其中，k为整数；

所述奇偶采样值获取模块，用于分别对每一调制周期内的正负半周期内经放大电路放大后的电压信号进行采样，从而得到奇偶采样值，本实施例的归一化装置中，奇偶采样值同样通过上述方法中的公式得到每一周期内的奇偶采样值，此处不再一一赘述。

所述奇偶采样值的差值及和值获取模块，用于根据每一调制周期内的奇偶采样值获得该周期内的奇偶采样值的差值以及该周期内的奇偶采样值的和值；

所述归一化模块，用于根据所述归一化数学模型将奇偶采样值的差值以及奇偶采样值的和值相比，以将光纤陀螺解算过程中影响标度因数稳定性的功率标度因数因子A*R*P₀归一化，从而提高标度因数的稳定性。

可理解的，本方案中的归一化装置与归一化方法相对应，归一化装置各模块中运用到的公式与归一化方法中相应步骤内的公式相同，此处便不再一一赘述。

请参见图3，本发明还公开了一种光纤陀螺的调制解调方法，包括以下步骤：

S201、利用π/2+kπ调制幅度通过Y波导对光波进行本征方波调制，其中，k为整数；

S202、分别对每一调制周期内的正负半周期内经放大电路放大后的电压信号进行采样，从而得到奇偶采样值；

S203、根据每一调制周期内的奇偶采样值获得该周期内的奇偶采样值的差值以及该周期内的奇偶采样值的和值；

S204、利用预先建立的归一化数学模型将奇偶采样值的差值以及奇偶采样值的和值相比，以将光纤陀螺解算过程中影响标度因数稳定性的功率标度因数因子A*R*P₀归一化后，得到解调信号KΩ，其中K为标度因数，Ω为光纤陀螺的旋转角速度。

为避免不必要的内容重复，本调制解调方法中没有对每一步骤中和公式没有一一列出，但并不代表本方案中不包括上述公式。可以理解的，本方案中的公式与例如奇偶采样值获得公式、差值公式、和值公式、归一化数学模型等等公式均与上述归一化方法中对应的公式相同。

本发明的调制解调方法，仅需要利用Y波导采用π/2+kπ的调制幅度进行调制，通过归一化步骤可将影响标度因数K的功标因子K_P进行归一化，从而避免了功标因子的变化而导致的标度因数K的不稳定性，提高了标度因数K的稳定性，提高了光纤陀螺输出的旋转角速度的稳定性、精度，进而提高了光纤陀螺的稳定性。

本方案中，施加特殊调制：

调制幅度为π/2+kπ(k∈Z)；调制波形可以为二态(又称为方波，k取两个不同的整数)、四态(k取四个不同的整数)等以此类推，根据k的取值个数以确定波形为几态，当态数超过2时，ΔU和ΣU的计算方法略有不同，但根据原理易得出计算方法。

计算解调信号

将计算得到的ΔU和ΣU相比，计算比值得到解调信号。将此解调信号输送给陀螺解算程序进行角速度解算和闭环控制。

本发明还公开了一种光纤陀螺调制解调装置，包括Y波导调制模块、奇偶采样值获取模块、奇偶采样值的差值及和值获取模块、归一化模块、解算模块。其中：

Y波导调制模块，用于利用π/2+kπ调制幅度通过Y波导对光波进行本征方波调制，其中，k为整数；

奇偶采样值获取模块，用于分别对每一调制周期内的正负半周期内经放大电路放大后的电压信号进行采样，从而得到奇偶采样值；

奇偶采样值的差值及和值获取模块，用于根据每一调制周期内的奇偶采样值获得该周期内的奇偶采样值的差值以及该周期内的奇偶采样值的和值；

归一化模块，用于利用预先建立的归一化数学模型将奇偶采样值的差值以及奇偶采样值的和值相比，以将光纤陀螺解算过程中影响标度因数稳定性的功率标度因数因子A*R*P₀归一化；

解算模块，用于归一化模块将影响标度因数稳定性的功率标度因数因子A*R*P₀归一化后，得到解调信号KΩ，其中K为标度因数，Ω为光纤陀螺的旋转角速度，根据解调信号KΩ得到光纤环旋转引起的相位差及旋转角速度信息。

本方案的归一化模块即上述的归一化装置中的归一化模块。同样可以理解的，为了避免公式内容的重复，本方案中则未将每一个公式例如奇偶采样值获得公式、差值公式、和值公式、归一化数学模型等等公式一一列出，但是并不代表本方案中不包括上述公式。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种提高光纤陀螺全温标度因数稳定性的功标因子归一化方法，包括以下步骤：

建立归一化数学模型，所述归一化数字模型其中，ΔU为每一调制周期内奇偶采样值的差值，ΣU为每一调制周期内奇偶采样值的和值，A为放大电路的总放大倍数，R为探测器的转换系数，P₀为不调制且光纤环静止时光源到达探测器的光功率，Φ₀为调制幅度，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差；

利用π/2+kπ调制幅度通过Y波导对光波进行本征方波调制，其中，k为整数；

分别对每一调制周期内的正负半周期内经放大电路放大后的电压信号进行采样，从而得到奇偶采样值；

根据每一调制周期内的奇偶采样值获得该周期内的奇偶采样值的差值以及该周期内的奇偶采样值的和值；

根据所述归一化数学模型将奇偶采样值的差值以及奇偶采样值的和值相比，以将光纤陀螺解算过程中影响标度因数稳定性的功率标度因数因子A*R*P₀归一化，从而提高标度因数的稳定性。

2.如权利要求1所述的提高光纤陀螺全温标度因数稳定性的功标因子归一化方法，其特征在于，在分别对每一周期内的正负调制的半周期内经放大电路放大后的电压信号进行采样，从而得到奇偶采样值的步骤中：

通过得到正半周期的奇采样值，其中，P₀为不调制且光纤环静止时光源到达探测器的光功率，A为光纤陀螺内部放大电路的总放大倍数，R为探测器转换系数，Φ₀为方波调制幅度π/2+kπ，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差；

通过得到负半周期的偶采样值，其中，P₀为不调制且光纤环静止时光源到达探测器的光功率，A为光纤陀螺内部放大电路的总放大倍数，R为探测器转换系数，Φ₀为方波调制幅度π/2+kπ，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差。

3.如权利要求2所述的提高光纤陀螺全温标度因数稳定性的功标因子归一化方法，其特征在于，在根据每一周期内的奇偶采样值获得该周期内的奇偶采样值的差值的步骤中，通过以下公式求出奇偶采样值的差值：

ΔU＝P_--P₊＝A*R*P₀*sinΦ₀sinΦ_S，其中，sinΦ₀＝sin(π/2+kπ)＝1，P₀为不调制且光纤环不旋转时光源到达探测器的光功率，Φ₀为方波调制幅度π/2+kπ，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差。

4.如权利3所述的提高光纤陀螺全温标度因数稳定性的功标因子归一化方法，其特征在于，在根据每一周期内的奇偶采样值获得该周期内的奇偶采样值的和值的步骤中，通过以下公式求出奇偶采样值的和值：

ΣU＝U_-+U₊＝A*R*P₀+A*R*P₀*cosΦ₀cosΦ_S，其中，P₀为不调制且光纤环不旋转时光源到达探测器的光功率，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差，Φ₀为方波调制幅度π/2+kπ，cosΦ₀＝0，因此，ΣU＝A*R*P₀。

5.一种提高光纤陀全温标度因数稳定性的功标因子归一化装置，包括：

归一化数学模型建立模块，用于建立归一化数学模型，所述归一化常数模型其中，ΔU为每一调制周期内奇偶采样值的差值，ΣU为每一调制周期内奇偶采样值的和值，A为放大电路的总放大倍数，R为探测器的转换系数，P₀为不调制且光纤环静止时光源到达探测器的光功率，Φ₀为调制幅度，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差；

Y波导调制模块，利用π/2+kπ调制幅度通过Y波导对光波进行本征方波调制，其中，k为整数；

奇偶采样值获取模块，用于分别对每一调制周期内的正负半周期内经放大电路放大后的电压信号进行采样，从而得到奇偶采样值；

奇偶采样值的差值及和值获取模块，用于根据每一调制周期内的奇偶采样值获得该周期内的奇偶采样值的差值以及该周期内的奇偶采样值的和值；

归一化模块，用于根据所述归一化数学模型将奇偶采样值的差值以及奇偶采样值的和值相比，以将光纤陀螺解算过程中影响标度因数稳定性的功率标度因数因子A*R*P₀归一化，从而提高标度因数的稳定性。

6.如权利要求5所述的提高光纤陀全温标度因数稳定性的功标因子归一化装置，其特征在于，所述奇偶采样值获取模块还用于：

通过得到正半周期的奇采样值，其中，P₀为不调制且光纤环静止时光源到达探测器的光功率，A为光纤陀螺内部放大电路的总放大倍数，R为探测器转换系数，Φ₀为方波调制幅度π/2+kπ，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差；

通过得到负半周期的偶采样值，其中，P₀为不调制且光纤环静止时光源到达探测器的光功率，A为光纤陀螺内部放大电路的总放大倍数，R为探测器转换系数，Φ₀为方波调制幅度π/2+kπ，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差。

7.如权利要求6所述的提高光纤陀全温标度因数稳定性的功标因子归一化装置，其特征在于，所述奇偶采样值的差值及和值获取模块，还用于通过以下公式获取奇偶采样值的差值：

ΔU＝P_--P₊＝A*R*P₀*sinΦ₀sinΦ_S，其中，sinΦ₀＝sin(π/2+kπ)＝1，P₀为不调制且光纤环不旋转时光源到达探测器的光功率，Φ₀为方波调制幅度π/2+kπ，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差。

8.如权利要求7所述的提高光纤陀全温标度因数稳定性的功标因子归一化装置，其特征在于，所述奇偶采样值差值及和值获取，还用于通过以下公式获取奇偶采样值的和值：

ΣU＝U_-+U₊＝A*R*P₀+A*R*P₀*cosΦ₀cosΦ_S，其中，P₀为不调制且光纤环不旋转时光源到达探测器的光功率，Φ_S为光纤环旋转引起的相位差，Φ₀为方波调制幅度π/2+kπ，cosΦ₀＝0，因此，ΣU＝A*R*P₀。

9.一种光纤陀螺的调制解调方法，包括以下步骤：

利用π/2+kπ调制幅度通过Y波导对光波进行本征方波调制，其中，k为整数；

分别对每一调制周期内的正负半周期内经放大电路放大后的电压信号进行采样，从而得到奇偶采样值；

根据每一调制周期内的奇偶采样值获得该周期内的奇偶采样值的差值以及该周期内的奇偶采样值的和值；

利用预先建立的归一化数学模型将奇偶采样值的差值以及奇偶采样值的和值相比，以将光纤陀螺解算过程中影响标度因数稳定性的功率标度因数因子A*R*P₀归一化后，得到光纤环旋转引起的相位差，并根据旋转引起的相位差解算得到光纤陀螺的旋转角速度。

10.一种光纤陀螺调制解调装置，包括：

Y波导调制模块，利用π/2+kπ调制幅度通过Y波导对光波进行本征方波调制，其中，k为整数；

奇偶采样值获取模块，用于分别对每一调制周期内的正负半周期内到达探测器的光功率进行采样，从而得到奇偶采样值；

奇偶采样值的差值及和值获取模块，用于根据每一调制周期内的奇偶采样值获得该周期内的奇偶采样值的差值以及该周期内的奇偶采样值的和值；

归一化模块，用于利用预先建立的归一化数学模型将奇偶采样值的差值以及奇偶采样值的和值相比，以将光纤陀螺解算过程中影响标度因数稳定性的功率标度因数因子A*R*P₀归一化；

解算模块，用于归一化模块将影响标度因数稳定性的功率标度因数因子A*R*P₀归一化后，得到光纤环旋转引起的相位差，并根据旋转引起的相位差解算得到光纤陀螺的旋转角速度。