CN112729272A - 一种2π参数全数字调整光纤陀螺阶梯波重合度调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种2π参数全数字调整光纤陀螺阶梯波重合度调整方法，包括：对全数字调整运算后送至D/A的值进行调整，使送至D/A的值以D/A的直流零点D₀为中心。通过本发明，可以对2π电压参数全数字伺服调整光纤陀螺的阶梯波重合度进行调整，使电路板提供的两路差分形式的阶梯波信号区域重合，可最大程度的保证2π电压需求在电路板驱动能力范围内，使其全温能够正常闭环，确保光纤陀螺全温工作正常。

Description

一种2π参数全数字调整光纤陀螺阶梯波重合度调整方法

技术领域

本发明涉及光纤陀螺技术领域，具体涉及一种2π参数全数字调整光纤陀螺阶梯波重合度调整方法。

背景技术

由于闭环光纤陀螺具有线性度好、动态范围大等诸多优势，因此，闭环方案是光纤陀螺行业的首选主流方案。闭环方案是根据电路解算出反馈量信息，并以此产生阶梯波施加到Y波导实现的。Y波导是一种电光调制器件，通过在其管脚上施加电压，电压在器件内部产生电场，通过的光在电场作用下发生相位变化，从而实现电压信息调制光波相位的目的。现有Y波导调制方式主要以推挽式为主，这就要求施加到Y波导两管脚上的电压信号是差分信号。这就要求产生阶梯波反馈的波形满足一定的重合度，否则可能超出电路板的驱动范围，使其闭环故障。从而引起光纤陀螺性能超标，甚至功能失效。因此，在光纤陀螺闭环算法方面设计阶梯波重合度算法显得十分重要。在阶梯波重合的条件下，能够最大程度的满足电路板驱动能力。

现有专利《一种光纤陀螺2π电压参数全数字伺服调整装置及方法》，专利号：CN201811631055.7，采用全数字解算方式代替了通过伺服调整D/A转换器(称为阶梯波D/A转换器)的参考电压实现2π电压参数的调整的方式，在有效调整2π电压参数基础上，提升了调整精度，并且能够减小电路板体积，降低成本。然而，该技术方案没有考虑阶梯波重合度的影响，可能出现全温下2π电压需求超出电路板驱动范围的情况，使光纤陀螺出现闭环故障，从而引起光纤陀螺性能超标，甚至功能失效。

综上所述，如何对2π电压参数全数字伺服调整光纤陀螺的阶梯波重合度进行调整，最大程度的保证2π电压需求在电路板驱动能力范围内，使其全温能够正常闭环，确保光纤陀螺全温工作正常，成为了本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：对2π电压参数全数字伺服调整光纤陀螺的阶梯波重合度进行调整，最大程度的保证2π电压需求在电路板驱动能力范围内，使其全温能够正常闭环，确保光纤陀螺全温工作正常。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种2π参数全数字调整光纤陀螺阶梯波重合度调整方法，包括：

对全数字调整运算后送至D/A的值进行调整，使送至D/A的值以D/A的直流零点D₀为中心，使电路板提供的两路差分形式的阶梯波信号区域重合。

优选地，基于下式对送至D/A的值进行调整：

式中，D_DA表示调整后的值，D_JTB表示数字阶梯波的值，D_2π表示2π参数，n表示2π参数的位数。

综上所述，本发明公开了一种2π参数全数字调整光纤陀螺阶梯波重合度调整方法，包括：对全数字调整运算后送至D/A的值进行调整，使送至D/A的值以D/A的直流零点D₀为中心。通过本发明，可以对2π参数全数字伺服调整光纤陀螺的阶梯波重合度进行调整，使电路板提供的两路差分形式的阶梯波信号区域重合，可最大程度的保证2π电压需求在电路板驱动能力范围内，使其全温能够正常闭环，确保光纤陀螺全温工作正常。

附图说明

为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为闭环下探测器波形图；

图2为阶梯波区域不重合示意图；

图3为阶梯波重合示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明公开了一种2π参数全数字调整光纤陀螺阶梯波重合度调整方法，包括：

对全数字调整运算后送至D/A的值进行调整，使送至D/A的值以D/A的直流零点D₀为中心，使电路板提供的两路差分形式的阶梯波信号区域重合。

光纤陀螺闭环原理如下：

为了方便叙述，以方波调制为例进行说明(四态调制或其他调制方法类似)

方波调制下到达探测器光功率可用下式表达：

式中：P₀为光纤陀螺绝对静止时(Φ_S＝0)到达探测器的光功率；Φ_S为旋转引起的相位差。

式中：Φ_m为：

式中：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)。

经过以上方波调制，可分别对正负调制的半周期内采样，得到光纤陀螺的奇偶采样值：

奇偶采样值相减得：

ΔP＝P_--P₊＝P₀sinΦ₀sinΦ_S (4)

方波调制幅度一旦确定即为定值，因此P₀sinΦ₀为常数项，可用A表示。另一方面，当Φ_S为小量时，有sinΦ₀＝Φ_S，于是奇偶采样的差值为：

ΔP＝AΦ_S (5)

由(5)式可知，方波调制下奇偶采样的差值与旋转引起的相位差成正比，可以作为旋转角速率输出，同时通过闭环控制将总相位差伺服控制的零附近。闭环控制后奇偶采样值为：

式中：Φ_f为闭环反馈相位，其满足：

Φ_f＝-Φ_S (7)

(6)式也可表示为：

由以上可知，闭环光纤陀螺中闭环的作用是将总相位差伺服控制的零附近。即探测器信号是平整的，如图1所示。

阶梯波闭环反馈实现原理如下：

阶梯波闭环反馈是通过在Y波导调制器的电极上引入阶梯波信号利用晶体的压电效应实现的。Y波导就是由铌酸锂晶体制成的，该晶体上施加电压时通过它的光波就会产生相位差。相位差与电压大小成正比。

在光纤陀螺光路结构中，光源发出的光波经过Y波导时被调制信号调制一次，经过光纤环传输后返回Y波导时再次被调制(同时对后续的光波进行第一次调制)，两次调制的时间间隔为光纤环传输光波时间，即渡越时间。由于两次调制时两束光波的传输通道发生了交换，因此，真正引入光路中的相位差为两次调制相位差的差值(以下简称为调制相位)。即调制相位为调制电压波形以光纤环渡越时间为步长的一阶差分。因此若要产生恒定的反馈相位差Φ_f，必须使反馈电压信号不断上升或下降(上升对应正，下降对应负)，其中上升或下降的幅度与反馈相位差对应，根据这一原理可以得到闭环控制的实现为在Y波导上施加如下反馈波形：

或者：

式中，

为对应于相位差Φ_f的电压值，(9)式表示引入正向相位差(阶梯波上升)，(10)式表示引入负向相位差(阶梯波下降)。上述波形呈台阶形状，称为阶梯波，波形示意图如图1。

现有Y波导调制方式主要以推挽式为主，这就要求施加到Y波导两管脚上的电压信号是差分信号，这就需要电路板提供两路以查分形式的阶梯波信号，标记为JTB+和JTB-。当两路阶梯波区域不重合，如图2所示，需要电路具有更强的驱动能力，即提供更大的电压值，图2情况下，需要提供±V2π的电压值。若通过设计，调整阶梯波重合度，使其区域重合，则可降低电路的电压驱动需求。图3提供了阶梯波重合下波形示意图，在阶梯波重合的情况下，电路只需要提供±Vπ的电压值即可，大大降低了对电路板驱动能力的需求。

阶梯波重合参数主要与D/A芯片有关，设D/A的直流零点为D₀，即给D/A提供码值D₀时，输出为0。这就要求给D/A提供的码值以D0为中心时，才能使得D/A的差分输出区域重合。

根据D/A的以上特征，数字阶梯波D_JTB要以D₀为中心。目前行业中，阶梯波复位采用的是寄存器高位溢出实现，因此，在光纤陀螺闭环算法中，能够确保数字阶梯波D_JTB要以D₀为中心。

然而，在2π电压参数全数字调整中，产生的以D₀为中心的数字阶梯波D_JTB要与2π参数D_2π相乘及位数调整后输送至D/A，假设2π参数的位数为n位(位数可根据实际需要自定义)，从而使得全数字调整运算后送至D/A的数不再以D₀为中心，因此，本发明中，需要对2π参数全数字伺服调整光纤陀螺的阶梯波重合度进行调整，使电路板提供的两路差分形式的阶梯波信号区域重合(如图3所示)，这样可最大程度的保证2π电压需求在电路板驱动能力范围内，使其全温能够正常闭环，确保光纤陀螺全温工作正常。

具体实施时，因为在2π参数全数字调整中，产生的以D₀为中心的数字阶梯波D_JTB要与2π参数D_2π相乘及位数调整后输送至D/A，中心点变为D₀×D_2π，因此，可基于下式对送至D/A的值进行调整：

以某型16位D/A芯片，中心点为8000H，全数字2π参数设置为16位为例，可基于下式对送至D/A的值进行调整：

本发明的方法，并不局限于某个D/A芯片以及D/A的位数或中心点数值，对中心点为非零的D/A算法都类似，都在本发明保护范围内。也不局限于2π参数自定义的位数，对于定于其他位数的2π参数同样在本发明保护范围内。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (2)

1.一种2π参数全数字调整光纤陀螺阶梯波重合度调整方法，其特征在于，包括：

对全数字调整运算后送至D/A的值进行调整，使送至D/A的值以D/A的直流零点D₀为中心，使电路板提供的两路差分形式的阶梯波信号区域重合。

2.如权利要求1所述的2π参数全数字调整光纤陀螺阶梯波重合度调整方法，其特征在于，基于下式对送至D/A的值进行调整：

式中，D_DA表示调整后的值，D_JTB表示数字阶梯波的值，D_2π表示2π参数，n表示2π参数的位数。

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