CN112833874A - 一种适用于光纤陀螺的新型四态调制解调方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于光纤陀螺的新型四态调制解调方法，包括以下步骤：FPGA模块产生数字调制频率；FPGA模块将产生的数字调制频率通过I/O总线传送至并行DA转换芯片；DA转换芯片对数字调制频率进行数模转换得到模拟调制频率，并传送至差分放大器及滤波电路；差分放大器及滤波电路对模拟调制频率进行滤波放大得到放大后的差分信号，并传送至Y波导调制电极两端；Y波导调制电极对模拟调制频率进行调制得到调制信号。本发明通过FPGA模块产生特定的调制频率并实现陀螺闭环工作，能够在第二回路误差补偿的基础上，提高了陀螺性能及解调速度，降低了陀螺的调制串扰，扩大了光纤陀螺的应用场合。
Description
技术领域
本发明属于光纤陀螺技术领域，尤其是一种适用于光纤陀螺的新型四态调制解调方法。
背景技术
光纤陀螺技术与激光陀螺的零位闭锁不同，光纤陀螺光路采用的最简互异性设计，使得它在理论上不存在死区。而实际使用中，陀螺在指东输出时，往往存在阈值较大的问题。产生该问题的主要原因是来自于信号处理电路产生的电子交叉耦合。
驱动相位调制器的电压信号经过空间和线路间的串扰，耦合到探测器的输出端。也就是说，当电子交叉耦合引起的等效相位偏置抵消了输入角速率产生的相移时，陀螺输出为零，即我们常见的死区。
在国内外的文献资料中，对死区的抑制提出了各种各样的办法。比较典型的方案是在解调过程中加入一个固定偏置，从而避免输入角速度接近零。但是，该方法产生的附加零偏容易受环境影响，很不稳定。
在工程中比较常用的方案是通过优化调制解调线路的设计，完善PCB布局布线，减少回路串扰来提高陀螺抗干扰能力。但该方法对PCB设计要求极高，而且很难满足高精度陀螺的使用要求。
目前，比较常用的调制解调方法为四态调制，如图1所示。四态调制方法是通过引进第二反馈回路来控制反馈回路的增益从而实现对增益误差的补偿。四态方波调制解调方案在τ/2时间内就能对增益误差进行检测与反馈，提高了误差补偿的实时性。通过对图2所示的四态调制波形进行频谱分析，可以看出，该调制波形具有本征频率的1次谐波分量，且幅值较大(归一化后)。该谐波分量通过PCB板的交叉耦合，传递到探测器会被当做转速信号进行解调，从而引起比较大的解调误差。
发明内容
本发明的目地在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、精度高且解调速度快的适用于光纤陀螺的新型四态调制解调方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种适用于光纤陀螺的新型四态调制解调方法，包括以下步骤：
步骤1、FPGA模块产生数字调制频率；
步骤2、FPGA模块将产生的数字调制频率通过I/O总线传送至并行DA转换芯片；
步骤3、DA转换芯片对数字调制频率进行数模转换得到模拟调制频率，并传送至差分放大器及滤波电路；
步骤4、差分放大器及滤波电路对模拟调制频率进行滤波放大得到放大后的差分信号，并传送至Y波导调制电极两端；
步骤5、Y波导调制电极对模拟调制频率进行调制得到调制信号。
进一步，所述数字调制频率为本征频率除以3，其中，本征频率为1/2τ，每个调制状态持续时间为τ。
进一步，所述数字调制频率与本征频率相同，其中，本征频率为1/2τ，每个调制状态持续时间为τ/3。
本发明的优点和积极效果是：
本发明通过FPGA模块产生特定的调制频率并实现陀螺闭环工作，能够在第二回路误差补偿的基础上，降低了本征频率一次谐波分量大小，提高了陀螺性能及解调速度，经试验证明，本发明使得陀螺带宽提高了3倍，具有更好的动态性能。本发明在不改变硬件电路的情况下，降低了陀螺的调制串扰，扩大了光纤陀螺的应用场合。
附图说明
图1是传统四态调制方法原理图；
图2是传统四态调制频谱图；
图3是本发明的适用于光纤陀螺的新型四态调制解调方法原理图；
图4是本发明的调制过程示意图；
图5是本发明的四态调制方法探测器波形图；
图6是本发明的四态调制方法频谱图；
图7是本发明的快速四态调制方法原理图；
图8是本发明的快速四态调制方案频谱图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
一种适用于光纤陀螺的新型四态调制解调方法，是在图4所示的调制解调线路上实现的，该调制解调线路包括依次连接的FPGA模块、并行DA转换芯片、差分放大器及滤波电路和Y波导调制电极，FPGA模块产生数字调制频率，并通过I/O总线发送至并行DA转换芯片，并行DA转换芯片将数字频率信号进行转换，并将转换后的模拟信号输出至差分放大器及滤波电路，差分放大器及滤波电路对模拟信号将滤波及放大，并将放大后的差分信号连接至Y波导调制电极两端进行调制。
实施例1
本实施例提供的一种适用于光纤陀螺的新型四态调制解调方法，包括以下步骤：
步骤1、FPGA模块产生本征频率除以3的数字调制频率(本征频率为1/2τ)，每个调制状态持续时间为τ，如图3所示。
步骤2、FPGA模块将产生的数字调制频率通过I/O总线传送至并行DA转换芯片。
步骤3、DA转换芯片对数字调制频率进行数模转换得到模拟调制频率，并传送至差分放大器及滤波电路。
步骤4、差分放大器及滤波电路对模拟调制频率进行滤波放大得到放大后的差分信号，并传送至Y波导调制电极两端；
步骤5、Y波导调制电极对模拟调制频率进行调制得到调制信号。
在本实施例中，每个状态持续时间为τ，完成1次解调需要的时间为6τ。到达探测器的波形如图5所示，其频谱分量如图6所示。通过对调制波形的频谱分析可以看出，本实施例的四态调制波形在本征频率的1次谐波分量与现有调制方案相比，下降了1倍多。
本实施例可以称为改进的标准四态调制解调方法。
实施例2
本实施例提供一种适用于光纤陀螺的新型四态调制解调方法，包括以下步骤：
步骤1、FPGA模块产生本征频率同频的数字调制频率(本征频率为1/2τ)，每个调制状态持续时间为τ/3，如图7所示。
步骤2、FPGA模块将产生的数字调制频率通过I/O总线传送至并行DA转换芯片。
步骤3、DA转换芯片对数字调制频率进行数模转换得到模拟调制频率，并传送至差分放大器及滤波电路。
步骤4、差分放大器及滤波电路对模拟调制频率进行滤波放大得到放大后的差分信号，并传送至Y波导调制电极两端。
步骤5、Y波导调制电极对模拟调制频率进行调制得到调制信号。
在本实施例中，每个状态持续时间为τ/3，完成一次解调需要时间为2τ。探测器波形如图5相似，只是每个状态保持时间为τ/3，其频谱分量如图8所示。通过对调制波形的频谱分析，发现本实施例四态调制波形在本征频率的1次谐波分量与现有四态调制方案相比，仅为其谐波分量的1/4。
本实施例可以称为改进的快速四态调制解调方法，其与标准四态调制解调方法相比，具有更快的处理速度。
下面通过对比同一中精度光纤陀螺(常温百秒零偏稳定性为0.005°/h)使用不同调制方案，分别进行阈值测试，可以看到使用本实施例2(快速四态调制方法)的陀螺阈值指标有明显提高。
| 调制方案 | 阈值 |
| 现有四态调制方法 | 0.015°/h |
| 快速四态调制方法 | 0.004°/h |
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (3)
1.一种适用于光纤陀螺的新型四态调制解调方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、FPGA模块产生数字调制频率；
步骤2、FPGA模块将产生的数字调制频率通过I/O总线传送至并行DA转换芯片；
步骤3、DA转换芯片对数字调制频率进行数模转换得到模拟调制频率，并传送至差分放大器及滤波电路；
步骤4、差分放大器及滤波电路对模拟调制频率进行滤波放大得到放大后的差分信号，并传送至Y波导调制电极两端；
步骤5、Y波导调制电极对模拟调制频率进行调制得到调制信号。
2.根据权利要求1所述的一种适用于光纤陀螺的新型四态调制解调方法，其特征在于：所述数字调制频率为本征频率除以3，其中，本征频率为1/2τ，每个调制状态持续时间为τ。
3.根据权利要求1所述的一种适用于光纤陀螺的新型四态调制解调方法，其特征在于：所述数字调制频率与本征频率相同，其中，本征频率为1/2τ，每个调制状态持续时间为τ/3。
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