CN110864680A - 用于rfog的双曲调制偏移误差减少器 - Google Patents

用于rfog的双曲调制偏移误差减少器 Download PDF

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Abstract

本发明题为“用于RFOG的双曲调制偏移误差减少器”。提供了一种用于谐振式光纤陀螺仪(RFOG)的双曲调制偏移减小器电路。该电路包括第一解调电路，该第一解调电路被配置为以边带外差检测调制频率的两倍解调来自谐振器的接收的传输信号，以阻隔由于反向散射引起的信号。电路的从谐振跟踪环路耦合到第一解调电路的输出。从谐振跟踪环路被配置为从传输信号产生偏移频率信号，该偏移频率信号被施加到RFOG的光学锁相环。双曲调制器偏移控制环路也耦合到第一解调电路的输出。双曲调制器偏移控制环路被配置为从传输信号产生分谐波公共调制信号，该信号耦合到RFOG的硅光子芯片中的公共相位模块。

Description

用于RFOG的双曲调制偏移误差减少器
背景技术
谐振式光纤陀螺仪(RFOG)显示出满足大量惯性制导应用的挑战性需求的希望。为了满足成本和尺寸要求，许多RFOG激光源光学功能可与硅光子学(SiP)芯片技术一起使用。诸如波导、光学耦合器和分离器、强度调制器和光电二极管的许多光学功能可与它们的分立光学装置对应物一样好或甚至更好。然而，光学相位调制器由于其固有的非线性而难以在硅中使用同时满足偶谐谐波失真要求。该限制可通过使用分谐波调制来克服，其中固有的偶函数非线性被用作在所需频率下生成相位调制同时满足偶谐谐波失真要求的优点。然而，使用分谐波调制为陀螺仪引入了新的可能误差源。当电压调制驱动器或SiP调制器电压与相位传递函数具有偏移时，可能发生陀螺误差。需要一种用于检测所施加的电压与光学相位之间的相对偏移并将其控制为零的系统和方法。
发明内容
以下发明内容是以举例的方式而不是限制的方式作出的。提供发明内容的目的仅仅是有助于读者理解所述主题的一些方面。实施方案提供了一种用于检测电压与相位之间的相对偏移并将其控制为零以满足谐波失真要求的系统和方法。
在一个实施方案中，提供了一种用于谐振式光纤陀螺仪的双曲调制偏移减小器电路。双曲调制偏移减小器电路包括用于接收来自谐振器的传输信号的输入、第一解调电路、从谐振跟踪环路和双曲调制器偏移控制环路。第一解调电路被配置为以边带外差检测调制频率的两倍解调所接收的传输信号以阻隔由于反向散射引起的信号。从谐振跟踪环路耦合到第一解调电路的输出。从谐振跟踪环路被配置为从传输信号产生偏移频率信号。从谐振跟踪环路包括第二解调电路，其被配置为以选择跟踪解调频率解调第一解调电路的输出。双曲调制器偏移控制环路也耦合到第一解调电路的输出。双曲调制器偏移控制环路被配置为产生分谐波公共调制信号和来自耦合到谐振式光纤陀螺仪的硅光子芯片中的公共相位模块的传输信号的偏移。双曲调制器偏移控制环路包括第三解调电路，其被配置为以选择谐波频率解调解调电路的输出。
在另一示例实施方案中，提供了一种谐振式光纤陀螺仪。谐振式光纤陀螺仪包括主激光器、顺时针(CW)从激光器、CW光学锁相环路(OPPL)、逆时针(CCW)从激光器、CCWOPPL、硅光子(SiP)芯片、硅光学平台(SiOB)、谐振器、Pound-Drever-Hall(PDH)环路和具有分谐波调制偏移误差减小器电路的从谐振跟踪电子器件。CW光学锁相环路(OPLL)耦合以控制CW从激光器。CCW OPLL耦合以控制CCW从激光器。CCW OPLL包括OPLL混频器。OPLL混频器的第一输入耦合以接收CCW从激光器的输出。SiP芯片形成了波导和分束器/组合器。来自主激光器、CW从激光器和CCW从激光器的输出激光束被引导到SiP芯片的形成的波导中。SiP芯片具有耦合到CW OPLL的第一输出、耦合到CCW OPLL的第二输出、与CW从激光器的输出和主激光器通信的第三输出、以及与CCW从激光器的输出通信的第四输出。SiOB包括第一环行器和第二环行器，第一环行器具有与SiP芯片的第三输出通信的输入，第二环行器具有与SiP芯片的第四输出通信的输入。谐振器耦合在第一环行器的第一输出与第二环行器的第一输出之间。(PDH)环路耦合在SiOB的输出与主激光器之间，以控制主激光器的频率。具有分谐波调制偏移误差减小器电路的从谐振跟踪电子器件包括输入，该输入耦合以从第一环行器和第二环行器中的一者的第二输出接收传输信号。具有分谐波调制偏移误差减小器电路的从谐振跟踪电子器件被配置为至少部分地基于跟踪解调频率下的传输信号的解调来生成偏移频率信号。偏移频率信号耦合到CCW OPLL中的OPLL混频器的第二输入。具有分谐波调制偏移误差减小器电路的从谐振跟踪电子器件还被配置为至少部分地基于谐波频率下的传输信号的解调来生成分谐波公共调制信号。分谐波公共调制信号耦合到SiP芯片中的主激光器的输出路径中的公共相位调制器。
在又一个实施方案中，提供了一种减少谐振式光纤陀螺仪(RFOG)中的双曲调制偏移的方法。RFOG包括主激光器、由CW光学锁相环路(OPLL)控制的顺时针(CW)从激光器、由CCW OPLL控制的逆时针(CCW)从激光器、包括波导和分束器/组合器的硅光子(SiP)芯片、耦合到主激光器的输出和CW从激光器的第一环行器、耦合到CCW从激光器的输出的第二环行器、以及耦合在第一环行器与第二环行器之间的光纤谐振器。该方法包括从第一环行器和第二环行器中的一者输出传输信号。传输信号以边带外差检测信号频率的两倍被解调。在从谐振环路中，解调的传输信号在第一解调电路处以分谐波公共调制频率的两倍被解调。将第一解调电路的输出添加到分谐波调制频率，以生成耦合到CCW OPLL和CWOPLL中的一者的偏移频率信号。在双曲调制器偏移控制环路中，解调的传输信号在第二解调电路处以分谐波公共调制频率的三倍进一步解调。将第二解调电路的输出添加到分谐波调制频率，以生成分谐波公共调制信号，该分谐波公共调制信号耦合到SiP芯片中的公共相位调制器。
附图说明
当根据详细描述和如下附图考虑时，实施方案可以更容易地理解并且实施方案的进一步的优点和用途将更为显而易见，在附图中：
图1为根据一个示例性实施方案的部分谐振式光纤陀螺仪(RFOG)的图示；
图2为根据一个示例性实施方案的分谐波调制偏移误差减少器电路的图示；
图3为根据另一示例性实施方案的分谐波调制偏移误差减少器电路的图示；
图4为根据一个示例性实施方案的分谐波调制偏移误差减少器流程图；并且
图5为相位响应图，说明了SiP相位调制器对所施加电压的相位响应。
根据惯例，各种所述的特征未按比例绘制，而是为了强调与所述主题相关的特定特征而绘制的。参考符号在所有附图和正文中表示类似的元件。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参照了附图，这些附图构成详细描述的一部分，并且在这些附图中，以说明的方式示出了可实施本发明的具体实施方案。对这些实施方案进行了充分详细地描述，以使本领域技术人员能够实施这些各种实施方案，并且应当理解，可以利用其它实施方案并且可以在不脱离本发明的实质和范围的情况下进行变化。因此，以下详细描述不是限制性的，并且本发明的范围仅由权利要求书以及其等同物限定。
实施方案提供了一种用于检测电压与相位之间的相对偏移并使用分谐波调制偏移误差减小器电路将其控制为零以满足谐波失真要求的系统和方法。应当理解，当设备或信号被称为“耦合”到元件时，它可直接耦合到元件，或者也可存在中间元件。
参照图1，示出了谐振式光纤陀螺仪(RFOG)100，其包括具有分谐波调制偏移误差减小器电路的CCW从激光器谐振跟踪200(双曲调制偏移减小器电路)。如下所述，具有分谐波调制偏移误差减小器电路的CCW从激光器谐振跟踪电子器件200提供调制、解调和控制，以将CCW从激光器锁定在光纤谐振器148上的传输谐振峰值，并提供用于分谐波调制的偏移误差减小器以控制所施加的电压与光学相位之间的相对偏移。在该示例中，RFOG 110包括主激光器102、顺时针(CW)从激光器104、逆时针(CCW)从激光器105、硅光子(SiP)芯片110和硅光学平台(SiOB)130。
SiP芯片110包括形成的波导112和波导分束器/组合器114，波导分束器/组合器114用于引导来自相应的主激光器102、CW从激光器104和CCW从激光器105的激光束通过SiP芯片110。SiP芯片110的第一光电二极管电输出116耦合到CW光学锁相环路(OPLL)108。CWOPLL 108控制CW从激光器104的频率。SiP芯片110的第二光电二极管电输出118与来自具有分谐波调制偏移误差减少器电路的CCW从激光谐振跟踪电子器件200的输出的偏移频率在CCW OPLL 120中经由偏移频率信号通信链路115使用混频器109组合。CCW OPLL 120控制CCW从激光器105的频率。来自具有分谐波调制偏移误差减小器电路的CCW从激光谐振跟踪200的谐振跟踪电子器件的偏移频率以相对高的频率(通常大于1MHz，其频率调制CCW激光频率以提供阻隔光学反向散射误差的手段)进行频率调制。该方法称为边带外差检测(SHD)。SiP芯片110的第三输出121耦合到光纤132，光纤132耦合到SiOB 130。第四输出122耦合到光纤131，光纤131耦合到SiOB 130。来自具有分谐波调制偏移误差减小器电路的CCW从谐振跟踪电子器件200的公共通信链路117的分谐波公共调制信号耦合到SiP芯片110的波导112中的路径中的主激光器102的输出的公共相位调制器111。
SiOB 130将光耦合进出环形谐振器，并用微小的自由空间光学元件完成谐振器环路。来自光纤132的光由球透镜135准直并指向第一环行器136。第一环行器136具有将光引导到第一谐振器输入/输出镜140的第一输出137，以及耦合以沿CCW传输信号通信链路160向用于谐振式光纤陀螺仪的双曲调制偏移减小器电路200的输入201提供CCW传输谐振器输出信号的第二输出139。来自光纤131的光由球透镜134准直并指向第二环行器138。第二环行器138具有将光引导到第二谐振器输入/输出镜142的第一输出141，以及耦合以沿CW传输电路(未示出)提供CW传输信号的第二输出143。
谐振器148包括光纤线圈150、第三球透镜147、第四球透镜145、第一部分反射镜140和第二部分反射镜142。在谐振器148中谐振的CW光的一部分通过反射镜140耦合到谐振器之外，并被引向光电探测器149，在光电探测器149处，它与来自环行器输出137的由反射镜140传输的光干涉。光电探测器149的输出耦合到Pound-Drever-Hall(PDH)环路106，其将主激光器102的频率控制到具有与在光电探测器149处检测到的谐振倾角的中心固定偏移的频率。在谐振器148的CCW方向上循环的光的一部分通过反射镜140耦合到谐振器之外，并且被引向环行器136，环行器136将谐振器CCW输出光引导到光检测器139。此外，在该实施方案中，大部分光133通过谐振器再循环并通过反射镜140和142。
为了感测旋转，对RFOG 100的光纤环形谐振器148的CW谐振频率和CCW谐振频率之间的差异进行测量。为了测量谐振频率，在一个实施方案中使用两个激光器(CW从激光器104和CCW从激光器105)以在CW方向和CCW方向上探测谐振器148。对进入旋转感测谐振器的每个激光束应用公共的相位调制，以检测谐振器148的谐振频率。在相对高频率下的频率调制(称为SHD调制)也应用于CW和CCW光波，以阻隔由于光学反向散射引起的信号。当激光器载波频率与谐振有一定的固定偏移时，SHD调制在谐振器输出(本实施方案中为第一环行器136的输出139)处以SHD调制频率的两倍产生信号，并且由SHD调制生成的激光边带是谐振的。公共相位调制在谐振器输出信号上以SHD调制频率的两倍产生幅度调制(AM)。AM信号指示CCW激光器载波频率何时开启或关闭谐振，或者来自SHD调制的奇数激光器调制边带何时开启或关闭谐振。在谐振器输出处所产生的信号首先以SHD调制频率的两倍进行解调，然后以分谐波公共调制频率进行解调，然后反馈到CCW激光器以保持其在谐振上的载波频率或其为奇数调制边带。
通常的相位调制通常以7kHz施加。来自相位调制驱动电子器件或相位调制器的谐波失真可在14kHz生成一些相位调制，这可能导致旋转感测误差。SiP相位调制器具有大的非线性，这导致大的谐波失真。一些基于热效应的SiP相位调制器产生对驱动电压具有二次响应的光学相位。对于具有理想二次传递函数的SiP调制器，以3.5kHz施加的电压调制将产生7kHz的相位调制，并且在14kHz处没有相位调制。然而，电压驱动和相位之间的相对偏移可能产生旋转感测误差。偏移的一个示例如图5所示。通过在分谐波调制(10.5kHz)的三次谐波处解调谐振器输出，生成误差信号，该误差信号可由控制环路用于将dc电压施加到调制器111，抵消原始偏移，从而消除相关联的错误。
尽管谐振式光纤陀螺仪(RFOG)100被示为采用具有分谐波调制偏移误差减小器电路(双曲调制偏移减小器电路)的CCW从谐振跟踪电子器件200以减少双曲调制偏移误差，但是具有分谐波调制偏移误差减小器电路的CW从谐振跟踪电子器件也可用于其它实施方案中。具有分谐波调制偏移误差减小器电路的CW从谐振跟踪电子器件可实现与具有分谐波调制偏移误差减小器电路的CCW从谐振跟踪电子器件200相同的部件，其中来自第二环行器138的第二输出143的CW传输信号耦合至具有分谐波调制偏移误差减小器电路的CW从谐振跟踪电子器件的输入。总是存在CCW谐振跟踪环路和CW谐振跟踪环路，但是只需要一个具有分谐波调制偏移误差减小器电路。
参照图2，示出了具有分谐波调制偏移误差减小器电路(双曲调制偏移减小器电路)的CCW激光谐振跟踪电子器件200的示例实施方案。在该示例实施方案中，来自第一环行器136的CCW传输信号经由CCW传输信号通信链路160耦合到模数转换器(ADC)202。ADC 202的输出耦合到由第一混频器204形成的第一解调电路。混频器204(传输信号混频器)将传输信号与CCW SHD调制频率的两倍(2fccw,SHD)的参考信号混合。来自CW方向的反向散射光将产生CW SHD调制频率的两倍(2fccw,SHD)的信号，该信号与CCW解调频率不同，因此被混频器204阻隔。混频器204的输出耦合到CCW从谐振跟踪环路210和双曲调制器偏移控制环路230。
在CCW从谐振跟踪环路210中，混频器204的输出耦合到第二解调电路，该第二解调电路包括第二混频器214和第一NCO 216。具体地，混频器204的输出耦合到混频器214的第一输入。混频器214的第二输入耦合以从NCO 216接收正弦信号。来自NCO 216的正弦信号的频率(跟踪解调频率)是分谐波公共调制频率的2倍。混频器214的输出耦合到累加器220。累加器220的输出耦合到加法器222的第一输入。加法器222还具有第二输入，其耦合以从寄存器224接收信号。加法器222的输出耦合到加法器226的第一输入。第二加法器226还包括耦合到NCO 228的输入。加法器226的输出提供给直接数字合成器(DDS)229。DDS 229输出频率调制的偏移频率，其耦合到上面讨论的CCW OPLL 120中的混频器109。偏移频率的频率调制来自NCO 228，并且偏移频率的载波来自加法器222。
在双曲调制器偏移控制环路230中，混频器204的输出耦合到由第三混频器234和第二NCO 236形成的第三解调电路。具体地，混频器204的输出耦合到混频器234的第一输入。混频器234的第二输入耦合以从NCO 236接收正弦信号。来自NCO 236的正弦信号的频率(谐波频率)是分谐波公共调制频率的3倍。混频器234的输出耦合到增益电路238。增益电路238的输出耦合到累加器240。在累加器240的输出耦合到加法器242的第一输入。加法器242的第二输入耦合以接收来自NCO 244的信号。在一个实施方案中，NCO 244向加法器242提供3.5kHz的数字分谐波调制(其是分谐波公共调制的频率)。加法器242的输出(其是从NCO244添加到3.5kHz调制的DC偏移)耦合到数模转换器(DAC)246。DAC 246的输出将分谐波公共调制信号提供给公共通信链路117。
在一个实施方案中，在CCW从谐振跟踪环路210中的混频器214处发生7kHz(3.5kHz的两倍)的解调。在双曲调制器偏移控制环路230中的混频器234处发生10.5kHz(3.5kHz的三倍)(或3.5kHz的其它谐波)的解调。双曲调制器偏移控制环路230控制施加到分谐波公共调制的偏移，以使10.5kHz解调器输出无效。消除10.5kHz解调器输出将减少或消除双曲调制中的直流偏移误差引起的陀螺偏置误差。尽管上面讨论了精确频率7kHz(分谐波公共调制频率的两倍)、3.5kHz(分谐波公共调制频率)和10.3kHz(分谐波公共调制频率的三倍)，但是在实施方案中频率不必是精确的。例如，7kHz通常可在1kHz至50kHz的范围内。上面讨论的3.5kHz频率始终是7kHz频率的一半，因此其范围通常为500Hz至25kHz。上面讨论的10.5kHz始终是3.5kHz的三倍，因此其范围通常在1.5kHz至75KHz之间。
图3中示出了分谐波调制偏移误差减小器电路300的另一示例实施方案。类似于图2的实施方案，图3的分谐波调制偏移误差减小器电路300包括CCW从谐振跟踪环路310和双曲调制器偏移控制环路330。来自第一环行器136的CCW传输信号经由CCW传输信号通信链路160耦合到模数转换器(ADC)302。ADC 302的输出耦合到部分地由第一混频器304形成的第一解调电路。混频器304以2fccw,SHD信号混合。混频器304的输出耦合到CCW从谐振跟踪环路310和双曲调制器偏移控制环路330。
在CCW从谐振跟踪环路310中，混频器304的输出耦合到由第二混频器314和NCO316形成的第二解调电路。具体地，第一混频器304的输出耦合到第二混频器314的第一输入。混频器314具有第二输入，其耦合以从NCO 316接收正弦信号。正弦信号的频率是分谐波公共调制频率的两倍。混频器314的输出耦合到累加器320。累加器320的输出耦合到加法器322的第一输入。加法器322还具有第二输入，其耦合以从寄存器324接收信号。加法器322的输出耦合到加法器326的第一输入。加法器326还包括耦合到NCO 328的输入。在加法器326的输出中，提供给DDS 329。如上所述，DDS 329输出频率调制的偏移频率，该频率调制的偏移频率耦合到RFOG 100的CCW OPPL中的混频器109。
在双曲调制器偏移控制环路330中，第一混频器304的输出耦合到由第三混频器334和第二NCO 336形成的第三解调电路。具体地，第一混频器304的输出耦合到第三混频器334的输入。混频器334的第二输入耦合以从NCO 336接收正弦信号。正弦信号的频率是分谐波公共调制频率的三倍。混频器334的输出耦合到增益电路338。增益电路338的输出耦合到累加器340。在该实施方案中，在累加器340的输出中，耦合到DAC 350。DAC350的输出耦合到模拟加法器354的第一输入。NCO 344将调制信号提供给DAC 352的输入。DAC 352的输出耦合到模拟加法器354的第二输入。在该实施方案中，模拟加法器354的输出将分谐波公共调制信号连同dc值提供给公共通信链路117。
在该实施方案中，如果需要额外的DC偏移分辨率，则直流(DC)偏移可与模拟电子设备中的3.5kHz分谐波公共调制相加。加法器354可被配置为执行加权和，而较大的DC偏移在与来自NCO 344的3.5kHz调制相加之前被有效地衰减。
参照图4，示出了根据实施方案的分谐波调制偏移误差减少器流程图400。流程图的块按图4中的顺序提供。然而，还将理解的是，在其它实现方式中，块中标注的功能可不按所描述的顺序发生，可组合在单独的块中描述的功能，和/或在单个块中描述的功能可分成多个块。
如图4的示例实施方案中所示，该过程通过在块(406)处生成传输信号开始。如所讨论的，传输信号由谐振器148提供，特别是在一个实施方案中，由谐振器148的环行器136提供。然而，在另一个实施方案中，传输信号可从环行器138提供给具有分谐波调制偏移误差减小器电路(未示出)的CW从谐振跟踪电子器件，该电路具有与上面讨论的具有分谐波调制偏移误差减速器电路的CCW从谐振跟踪电子器件200相同的部件。因此，实施方案不限于具有分谐波调制偏移误差减小器电路的CCW从谐振跟踪电子器件200。
在一个实施方案中，在块(407)处首先以CCW SHD频率的两倍解调来自相应环行器136或138的传输信号。如果使用具有分谐波调制偏移误差减小器电路的CW从谐振跟踪电子器件，则将以CW SHD频率的两倍解调传输信号。然后将解调的信号提供给从谐振跟踪环路210或310以及双曲调制器偏移控制环路230或330。从谐振跟踪环路中的过程一般在框402中示出，并且双曲调制器偏移控制环路中的过程一般在框404中示出。
在从谐振跟踪环路210或310中，这在图2的实施方案的混频器204处或图3的实施方案的混频器304处发生。如所讨论的，混频器204或304在CCWSHD频率下的该第一解调用于阻隔从CW方向的反向散射光。接下来，在块(408)处以分谐波公共调制频率的两倍第二次解调该信号。在一个实施方案中，解调参考信号由NCO(例如NCO 220和316)以7kHz提供。在图2的实施方案中，这发生在混频器214处，并且在图3的实施方案中，这发生在混频器314处。然后在块(410)处将解调的CCW传输信号以选择SHD调制频率添加到调制。调制信号在块(412)处提供偏移频率信号。然后在块(414)处将偏移频率信号耦合到CCW OPLL 120。
双曲调制器偏移校正环路404的处理从来自块(407)处的解调信号开始。然后在块(416)处以分谐波公共调制频率的三倍第二次解调该信号。在一个实施方案中，解调参考信号由NCO(例如NCO 236和336)以10.5kHz提供。然后在步骤(418)处将解调传输信号加到分谐波调制频率。在一个示例中，选择的分谐波调制频率是3.5kHz。在一个实施方案中，通过加法器242或354将DC偏移添加到3.5kHz调制。在块(420)处通过调制生成分谐波公共调制信号。在块(422)处，分谐波公共调制信号耦合到SiP芯片110中的公共相位调制器111。
图5为光学相位响应曲线图500，其示出了SiP相位调制器对施加电压的光学相位响应。
θ＝k2(V-a0)2
上面的等式说明了非理想双曲相位调制器的电压-相位函数。施加到调制器的电压是V，k2是比例因子，并且a0是由于双曲相位调制器的一些不完美而引起的误差偏移。
下面的等式示出了在角频率ωcm和幅度V1以及dc偏移项V0处具有正弦项的电压分谐波调制。
V＝V0+V1sin(ωcmt)
如果具有往返光学相位的陀螺谐振器输出强度函数用二次函数近似，这在调制幅度足够小时是好的，当从激光器载波或奇数SHD调制边带处于谐振时，混频器214或314输出可表示为以下等式：
Figure BDA0002147743430000101
当CCW从激光器载波或SHD奇数调制边带处于谐振时，混频器214或314的所需输出为零。然而，上述等式表明，如果V0不等于a0，则混频器214或314将具有非零输出。下面的等式示出了混频器234或334的输出。
Figure BDA0002147743430000111
可看出，混频器234或234的输出对于谐振器谐振频率的小激光频率偏差相对不敏感。上述等式表明，如果V0等于a0，则混频器234或334的输出将为零。因此，混频器输出234或334可用在反馈回路中以将V0控制为等于a0。Vm_a等式显示如果V0等于a0，则由双曲线调制中的偏移误差引起的陀螺偏置偏移误差归零。
示例实施方案
实施例1为一种用于谐振式光纤陀螺仪的双曲调制偏移减小器电路。双曲调制偏移减小器电路包括用于接收来自谐振器的传输信号的输入、第一解调电路、从谐振跟踪环路和双曲调制器偏移控制环路。第一解调电路被配置为以边带外差检测调制频率的两倍解调所接收的传输信号以阻隔由于反向散射引起的信号。从谐振跟踪环路耦合至第一解调电路的输出。从谐振跟踪环路被配置为从传输信号产生偏移频率信号。从谐振跟踪环路包括第二解调电路，其被配置为以选择跟踪解调频率解调第一解调电路的输出。双曲调制器偏移控制环路也耦合至第一解调电路的输出。双曲调制器偏移控制环路被配置为产生分谐波公共调制信号和来自耦合到谐振式光纤陀螺仪的硅光子芯片中的公共相位模块的传输信号的偏移。双曲调制器偏移控制环路包括第三解调电路，其被配置为以选择谐波频率解调解调电路的输出。
实施例2包括实施例1的分谐波调制偏移减小器电路，其中跟踪解调频率是分谐波公共调制频率的两倍，并且谐波频率是分谐波公共调制频率的三倍。
实施例3包括实施例1至2中任一项的分谐波调制偏移减小器电路，其中分谐波公共调制频率是3.5kHz。
实施例4包括实施例3的分谐波调制偏移减小器电路，其中从谐振跟踪环路的第二解调电路还包括第一数控振荡器(NCO)和第一混频器。第一混频器具有耦合到第一解调电路的输出的第一输入和耦合到第一NCO的输出的第二输入。
实施例5包括实施例3的分谐波调制偏移减小器电路，其中从谐振跟踪环路还包括第一累加器、第一加法器、第二加法器和直接数字合成器。第一累加器耦合到第一混频器的输出。第一加法器具有耦合到第一累加器的输出的第一输入和耦合到寄存器的输出的第二输入。第二加法器具有耦合到第一加法器的输出的第一输入和耦合到第二NCO的第二输入。直接数字合成器耦合到第二加法器的输出。直接数字合成器输出偏移频率。
实施例6包括实施例1至5中任一项的分谐波调制偏移减小器电路，其中双曲调制器偏移控制环路的第三解调电路还包括第二NCO和第二混频器。第二混频器具有耦合到第一解调电路的输出的第一输入。第二混频器具有第二输入，其耦合到第二NOC的输出。
实施例7包括实施例6的分谐波调制偏移减小器电路，其中双曲调制器偏移控制环路还包括第三NCO和加法器。第三NCO包括输出分谐波公共调制频率的输出。加法器具有与第二混频器的输出通信的第一输入和与第三NCO的输出耦合的第二输入。
实施例8包括实施例6至7中任一项的分谐波调制偏移减小器电路，其中双曲调制器偏移控制环路还包括增益电路、第二累加器、第二加法器、第三加法器和数模转换器。增益电路耦合到第三混频器的输出。第二累加器耦合到增益电路的输出。第二加法器具有耦合到第二累加器的输出的第一输入。第三加法器具有耦合到第二累加器的输出的第一输入和耦合到第四NCO的输出的第二输入。数模转换器具有耦合到第三加法器的输出的输入和提供分谐波公共调制信号的输出。
实施例9包括实施例6至7中任一项的分谐波调制偏移减小器电路，其中双曲调制器偏移控制环路还包括增益电路、第二累加器、第一数模转换器(DAC)、第四NCO、第二DAC和模拟加法器。增益电路耦合到第三混频器的输出。第二累加器耦合到增益电路的输出。第一数模转换器(DAC)具有耦合到第二累加器的输出的输入。第二DAC具有耦合到第四NCO的输出的输出。模拟加法器具有耦合到第一DAC的输出的第一输入和耦合到第二DAC的输出的第二输入。模拟加法器的输出提供分谐波公共调制信号。
实施例10是一种谐振式光纤陀螺仪，其包括主激光器、顺时针(CW)从激光器、CW光学锁相环路(OPPL)、逆时针(CCW)从激光器、CCW OPPL、硅光子(SiP)芯片、硅光学平台(SiOB)、谐振器、Pound-Drever-Hall(PDH)环路和具有分谐波调制偏移误差减小器电路的从谐振跟踪电子器件。CW光学锁相环路(OPLL)耦合以控制CW从激光器。CCW OPLL耦合以控制CCW从激光器。CCW OPLL包括OPLL混频器。OPLL混频器的第一输入耦合以接收CCW从激光器的输出。SiP芯片形成了波导和分束器/组合器。来自主激光器、CW从激光器和CCW从激光器的输出激光束被引导到SiP芯片的形成的波导中。SiP芯片具有耦合到CWOPLL的第一输出、耦合到CCW OPLL的第二输出、与CW从激光器和主激光器的输出通信的第三输出、以及与CCW从激光器的输出通信的第四输出。SiOB包括第一环行器和第二环行器，第一环行器具有与SiP芯片的第三输出通信的输入，第二环行器具有与SiP芯片的第四输出通信的输入。谐振器耦合在第一环行器的第一输出与第二环行器的第一输出之间。(PDH)环路耦合在SiOB的输出与主激光器之间，以控制主激光器的频率。具有分谐波调制偏移误差减小器电路的从谐振跟踪电子器件包括输入，该输入耦合以从第一环行器和第二环行器中的一者的第二输出接收传输信号。具有分谐波调制偏移误差减小器电路的从谐振跟踪电子器件被配置为至少部分地基于跟踪解调频率下的传输信号的解调来生成偏移频率信号。偏移频率信号耦合到CCW OPLL中的OPLL混频器的第二输入。具有分谐波调制偏移误差减小器电路的从谐振跟踪电子器件还被配置为至少部分地基于谐波频率下的传输信号的解调来生成分谐波公共调制信号。分谐波公共调制信号耦合到SiP芯片中的主激光器的输出路径中的公共相位调制器。
实施例11包括实施例10的谐振式光纤陀螺仪，其中跟踪解调频率、谐波频率和控制频率都具有固定的相对相位。
实施例12包括实施例10至11中任一项的谐振式光纤陀螺仪，其中具有分谐波调制偏移误差减小器电路的从谐振跟踪电子器件还包括传输信号混频器，其具有用于接收传输信号的第一输入和用于接收为边带外差检测频率的两倍的参考信号的第二输入。
实施例13包括实施例10至12中任一项的谐振式光纤陀螺仪，其中具有分谐波调制偏移误差减小器电路的从谐振跟踪电子器件还包括从谐振跟踪环路和双曲调制器偏移控制环路。从谐振跟踪环路被配置为从传输信号产生偏移频率信号。从谐振跟踪环路包括：第一解调电路，其被配置为以跟踪解调频率解调传输信号；以及第一调制电路，其被配置为将第一解调电路的输出添加到第一分谐波频率。双曲调制器偏移控制环路被配置为从传输信号产生分谐波公共调制信号。双曲调制器偏移控制环路包括：第二解调电路，其被配置为以谐波频率解调传输信号；以及第二调制电路，其被配置为将第二解调电路的输出添加到第二分谐波调制频率。
实施例14包括任何实施例13的谐振式光纤陀螺仪，其中从谐振跟踪环路的第一解调电路还包括第一混频器和至少一个加法器。第一混频器具有耦合到传输信号混频器的输出的第一输入和耦合到第一数控振荡器(NCO)的第二输入。该至少一个加法器具有耦合到第一混频器的输出的第一输入和耦合到第二NCO的第二输入。
实施例15包括任何实施例13的谐振式光纤陀螺仪，其中双曲调制器偏移控制环路的第二解调电路还包括第二混频器和加法器。第二混频器具有耦合到传输信号混频器的输出的第一输入和耦合到第三数控振荡器的第二输入。加法器具有耦合到第二混频器的输出的第一输入和耦合到第四NCO的第二输入。
实施例16为一种减小谐振式光纤陀螺仪(RFOG)中的双曲调制偏移的方法，其中RFOG包括主激光器、由CW光学锁相环路(OPLL)控制的顺时针(CW)从激光器、由CCW OPLL控制的逆时针(CCW)从激光器、包括波导和分束器/组合器的硅光子(SiP)芯片、耦合到主激光器和CW从激光器的输出的第一环行器、耦合到CCW从激光器的输出的第二环行器、以及耦合在第一环行器与第二环行器之间的光纤谐振器。该方法包括从第一环行器和第二环行器中的一者输出传输信号。传输信号以边带外差检测信号频率的两倍被解调。在从谐振环路中，解调的传输信号在第一解调电路处以分谐波公共调制频率的两倍进一步被解调。将第一解调电路的输出添加到分谐波调制频率，以生成耦合到CCW OPLL和CW OPLL中的一者的偏移频率信号。在双曲调制器偏移控制环路中，解调的传输信号在第二解调电路处以分谐波公共调制频率的三倍进一步解调。将第二解调电路的输出添加到分谐波调制频率，以生成分谐波公共调制信号，该分谐波公共调制信号耦合到SiP芯片中的公共相位调制器。
实施例17包括实施例16的方法，另外其中分谐波公共调制频率是3.5kHz。
实施例18包括实施例16至17中任一项的方法，其中以边带外差检测信号的两倍解调传输信号还包括将传输信号耦合到第一混频器的第一输入并将以边带外差检测信号频率的两倍生成的第一数控振荡器的第一输出耦合到第一混频器的第二输入。
实施例19包括实施例16至18的方法，其中在第一解调电路处以分谐波公共调制频率的两倍解调解调的传输信号还包括将第一混频器的输出耦合到第二混频器的第一输入并且将第二混频器的第二输入耦合到以分谐波公共调制频率的两倍生成的第二数控振荡器的输出。
实施例20包括实施例16至18的方法，其中在第二解调电路处以分谐波公共调制频率的三倍解调解调的传输信号还包括将第一混频器的输出耦合到第三混频器的第一输入并且将第三混频器的第二输入耦合到以分谐波公共调制频率的三倍生成的第三数控振荡器的输出。
尽管本文已说明和描述了特定实施方案，但本领域的普通技术人员将认识到，经计算以实现相同目的的任何布置可替代所展示的特定实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何修改或变型。因此，显而易见的是，本发明仅受权利要求书以及其等同物所限制。

Claims (3)

1.一种用于谐振式光纤陀螺仪(100)的双曲调制偏移减小器电路(200)，所述双曲调制偏移减小器电路(200)包括：
偏移输入(201)，所述偏移输入(201)用于接收来自谐振器的传输信号；
第一解调电路(204)，所述第一解调电路(204)被配置为使用边带外差检测调制频率解调所接收的传输信号以阻隔由于反向散射引起的信号；
从谐振跟踪环路(210)，所述从谐振跟踪环路(210)耦合到所述第一解调电路(204)的输出，所述从谐振跟踪环路(210)被配置为从传输信号产生偏移频率信号，所述从谐振跟踪环路(210)包括：
第二解调电路(214，216)，所述第二解调电路(214，
216)被配置为以选择跟踪解调频率解调所述第一解调电路(204)的输出；和
双曲调制器偏移控制环路(230)，所述双曲调制器偏移控制环路(230)耦合到所述第一解调电路(204)的输出，所述双曲调制器偏移控制环路(230)被配置为在所述谐振式光纤陀螺仪(100)的硅光子芯片(110)中从耦合到公共相位模块的传输信号产生公共调制信号，所述双曲调制器偏移控制环路(230)包括：
第三解调电路(236，234)，所述第三解调电路(236，
234)被配置为以选择谐波频率解调解调电路的输出。
2.一种谐振式光纤陀螺仪(100)，所述谐振式光纤陀螺仪(100)包括：
主激光器(100)；
顺时针(CW)从激光器(104)；
CW光学锁相环路(OPLL)(108)，所述CW光学锁相环路(OPLL)(108)耦合以控制所述CW从激光器(104)；
逆时针(CCW)从激光器(105)；
CCW OPLL(120)，所述CCW OPLL(120)耦合以控制所述CCW从激光器(105)，所述CCWOPLL(120)包括OPLL混频器(109)，所述OPLL混频器(109)的第一输入耦合以接收所述CCW从激光器(105)的输出；
硅光子(SiP)芯片(110)，所述硅光子(SiP)芯片(110)具有形成的波导(112)和分束器/合成器(114)，输出来自所述主激光器(102)、所述CW从激光器(104)和所述CCW从激光器(105)的导入所述SiP芯片(110)的形成的波导(112)中的激光束，所述SiP芯片(110)具有耦合到所述CW OPLL(108)的第一输出、耦合到所述CCW OPLL(120)的第二输出、与所述CW从激光器(104)的输出和所述主激光器(102)通信的第三输出(121)、以及与所述CCW从激光器(105)的输出通信的第四输出(122)；
硅光学平台(SiOB)(130)，所述硅光学平台(SiOB)(130)包括具有与所述SiP芯片(110)的第三输出(121)通信的输入的第一环行器(136)和具有与所述SiP芯片(110)的第四输出(122)通信的输入的第二环行器(138)；
谐振器(148)，所述谐振器(148)耦合在所述第一环行器(139)的第一输出与所述第二环行器(138)的第一输出之间；
Pound-Drever-Hall(PHP)环路(106)，所述Pound-Drever-Hall(PHP)环路(106)耦合在所述SiOB(130)的输出与所述主激光器(121)之间，以控制所述主激光器(121)的频率；以及
具有分谐波调制偏置误差减小器电路的从谐振跟踪电子器件(200)，所述从谐振跟踪电子器件(200)包括耦合以从所述第一环行器(139)和所述第二环行器(138)中的一者的第二输出接收传输信号的输入，
具有分谐波调制偏置误差减小器电路的所述从谐振跟踪电子器件(200)被配置为至少部分地基于跟踪解调频率下对所述传输信号的解调来生成偏移频率信号，所述偏移频率信号被耦合到所述CCW OPLL中的OPLL混频器(109)的第二输入，并且
具有分谐波调制偏移误差减小器电路的所述从谐振跟踪电子器件(200)还被配置为至少部分地基于谐波频率下的所述传输信号的解调来生成公共调制信号，所述公共调制信号在所述SiP芯片(110)中的主激光器(102)的输出路径中耦合到公共相位调制器(111)。
3.一种减少谐振式光纤陀螺仪(RFOG)(100)中的双曲调制偏移的方法，所述RFOG包括：主激光器(102)，由CW光学锁相环路(OPLL)(108)控制的顺时针(CW)从激光器(104)，由CCWOPLL(120)控制的逆时针(CCW)从激光器(105)，包括波导(112)和分束器/组合器(114)的硅光子(SiP)芯片(110)，耦合到所述主激光器(102)的输出和CW从激光器(104)的第一环行器(136)，耦合到所述CCW从激光器(105)的输出的第二环行器(138)，以及耦合在所述第一环行器(136)和所述第二环行器(138)之间的光纤谐振器(148)，所述方法包括：
输出来自所述第一环行器(136)和所述第二环行器(138)中的一者的传输信号；
以边带外差检测信号频率的两倍解调传输信号；
在从谐振跟踪环路(210，310)中，
在第一解调电路处以公共调制频率的两倍解调解调的传输信号；
将所述第一解调电路的输出添加到分谐波调制频率，以生成耦合到所述CCW OPLL(120)和所述CW OPLL(108)中的一者的偏移频率信号；以及
在双曲调制器偏移控制环路(230，330)中，
在第二解调电路处以公共调制频率的三倍解调所述解调的传输信号；以及
将第二解调电路的输出添加到分谐波调制频率以生成公共调制信号，所述公共调制信号耦合到所述SiP芯片(110)中的公共相位调制器(111)。
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