CN113932789A - 一种光纤陀螺仪数据传输方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种光纤陀螺仪数据传输方法及系统，涉及陀螺仪领域。该方法包括光源发出的光经第一耦合器后分为三束光分别进入三组光纤陀螺；光纤陀螺中的第二耦合器将从第一耦合器发送的一束光一分为二，其中的一束光进入Y波导的内部调节后输出的两束满足相干条件且具有高偏振度的线偏振光，这两束线偏振光在光纤环中相向传播，同时感应外部的角速率，生成调制电压信号调节Y波导，使Y波导产生与外部Sagnac相移大小相等方向相反的反馈相移，从而构成数字闭环工作模式。由一个光源来驱动三只光纤陀螺，有效地解决了光源稳定性和参数一致性问题，攻克了三轴复用光路抗交叉干扰技术。提高系统的可靠性，且具备抗振动冲击的能力。

Description

一种光纤陀螺仪数据传输方法及系统

技术领域

本发明涉及陀螺仪领域，具体而言，涉及一种光纤陀螺仪数据传输方法及系统。

背景技术

传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。自从上个世纪七十年代以来，现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。现代光纤陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。

光纤陀螺仪的实现主要基于塞格尼克理论：当光束在一个环形的通道中行进时，若环形通道本身具有一个转动速度，那么光线沿着通道转动方向行进所需要的时间要比沿着这个通道转动相反的方向行进所需要的时间要多。也就是说当光学环路转动时，在不同的行进方向上，光学环路的光程相对于环路在静止时的光程都会产生变化。利用光程的这种变化，检测出两条光路的相位差或干涉条纹的变化，就可以测出光路旋转角速度，

但在实际应用中，光纤陀螺仪的光源容易收到干扰，导致导航信号精度降低。

发明内容

为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供一种光纤陀螺仪数据传输方法及系统，以提高导航信号精度。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种光纤陀螺仪数据传输方法，包括以下步骤：

光源发出的光经第一耦合器后分为三束光分别进入三组光纤陀螺；

每组光纤陀螺中的第二耦合器将从第一耦合器发送的一束光一分为二，其中的一束光进入Y波导，经过Y波导的内部调节后输出的两束满足相干条件且具有高偏振度的线偏振光，这两束线偏振光在光纤环中相向传播，同时感应外部的角速率，光电探测器检测干涉信号光强变化，并将光信号转换为电信号后输入至信号处理电路进行处理生成调制电压信号调节 Y波导，使Y波导产生与外部Sagnac相移大小相等方向相反的反馈相移，从而构成数字闭环工作模式。

第二方面，本发明实施例一种光纤陀螺仪数据传输系统，应用于上述的方法，上述系统包括：

壳体和安装于壳体内的光源、第一耦合器和三组光纤陀螺；

每组光纤陀螺均包括依次连接的第二耦合器、Y波导、光纤环、光电探测器和信号处理电路；

上述光源的输出端与上述第一耦合器的输入端连接，第一耦合器用于将光源发出的光分为三束光分别进入三组光纤陀螺；

上述第一耦合器的三个输出端分别与三组光纤陀螺中第二耦合器的输入端连接；

从第一耦合器发送的一束光被第二耦合器一分为二，其中的一束光进入Y波导，经过Y波导的内部调节后输出的两束满足相干条件且具有高偏振度的线偏振光，这两束线偏振光在上述光纤环中相向传播，同时感应外部的角速率，上述光电探测器检测干涉信号光强变化，并将光信号转换为电信号后输入至信号处理电路进行处理生成调制电压信号调节Y波导，使Y 波导产生与外部Sagnac相移大小相等方向相反的反馈相移。

基于第二方面，在本发明的一些实施例中，上述壳体包括罩体和底盖，上述罩体和底盖可拆卸连接，上述底盖左右两侧对称设置有第一固定孔，上述固定孔从上至下贯穿上述底盖，且上述固定孔位于上述罩体外。

基于第二方面，在本发明的一些实施例中，上述底盖的下底面左右两侧对称设置有伸入口，上述罩体的一侧壁设置有用于安装连接头的安装口，上述罩体下部设置有向外倾斜的加厚部，上述加厚部的下底面设置有多个螺孔，上述底盖设置相适配的多个第二固定孔，上述螺孔与上述第二固定孔一一对应。

基于第二方面，在本发明的一些实施例中，上述信号处理电路包括A/D 电路、逻辑电路和D/A电路，上述A/D电路接收光电探测器的电信号并将电信号转换为数字信号发送至逻辑电路进行处理，由D/A电路输出调制电压信号。

基于第二方面，在本发明的一些实施例中，还包括相互连接的收发器和GPS模块。

基于第二方面，在本发明的一些实施例中，上述收发器包括ADM2587 芯片，两个VCC引脚的输入端和GND1引脚之间接有0.01uF、10uF及2个 0.1uF电容，Visoin引脚与GND2引脚之间的0.1uF的电容和0.01uF电容， Visoout引脚和GND2引脚之间的0.1uF的电容和1的0uF电容，RXD引脚用于发送信号至GPS模块，Visout引脚与Visout引脚连接，A引脚与Y引脚连接作为半双工的A信号线，B引脚和Z引脚连接，作为半双工的B信号线，Visoin引脚经电阻R2接入A引脚，GND2引脚还连接稳压电路U20，稳压电路U20的两个引脚分别连接A引脚和B引脚，A引脚与B引脚分别经保险管后接入接插件，B引脚与GND2引脚之间连接电阻R38。

基于第二方面，在本发明的一些实施例中，上述GPS模块采用GR-87 芯片，上述GR-87芯片的VCC引脚经电容C92后接地，上述VCC引脚还接入接插件的1号引脚，上述接插件的1号引脚接入场效应管Q1的D极，场效应管Q1的S极与G极之间连接电子R32，上述场效应管Q1的G极接入三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射级经电阻R34、电阻R33后接入基级，电阻R34与电阻R33的公共端接入与门U24A的2号输入端，TX_A引脚接入与门U24A的1号输入端，ADM2587芯片的RXD引脚接入与门U24B的4号输入端，与门U24A、与门U24B的输出端分别接入或门U25A的输入端，或门 U25A的输出端接入GR-87芯片的RX_A引脚。

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：

至少一个处理器、至少一个存储器和数据总线；其中：

上述处理器与上述存储器通过上述数据总线完成相互间的通信；上述存储器存储有可被上述处理器执行的程序指令，上述处理器调用上述程序指令以执行上述的方法。

第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，上述非暂态计算机可读存储介质存储计算机程序，上述计算机程序使计算机执行如权利要求1上述的方法。

相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

在光纤惯导中采样一体化设计技术，即由一个光源来驱动三只光纤陀螺，有效地解决了光源稳定性和参数一致性问题，攻克了三轴复用光路抗交叉干扰技术。小型化集成技术及光纤陀螺仪快速启动等关键技术。从而节约成本。减小体积。缩短系统的启动时间。提高系统的可靠性，且具备抗振动冲击的能力。光纤陀螺罗仪采用捷联惯性导航技术，基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将官对时间进行积分，之后将其变换到导航坐标系。得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置信息等。实际系统通常以惯导系统作为主导航系统。而将其他导航系统如天文导航、GPS等作为辅助导航系统。应用卡尔曼滤波技术。将辅助信息作为观测量。对组合系统的状态变量进得最贷信论高精度的导航信号。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明一种光纤陀螺仪数据传输方法一实施例的流程图；

图2为本发明一种光纤陀螺仪数据传输系统一实施例的结构框图；

图3为本发明一种光纤陀螺仪数据传输系统一实施例的结构框图；

图4为本发明一种光纤陀螺仪数据传输系统一实施例中壳体的结构示意图；

图5为本发明一种光纤陀螺仪数据传输系统一实施例中收发器的电路原理图；

图6为本发明一种光纤陀螺仪数据传输系统一实施例中GPS模块的电路原理图；

图7为本发明一种电子设备一实施例的结构示意图。

图标：1、壳体；11、罩体；111、安装口；112、加厚部；113、螺孔； 12、底盖；121、第一固定孔；122、伸入口；123、第二固定孔；2、光源； 3、第一耦合器；4、光纤陀螺；41、第二耦合器；42、Y波导；43、光纤环； 44、光电探测器；45、信号处理电路；451、A/D电路；452、逻辑电路；453、 D/A电路；5、处理器；6、存储器；7、数据总线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参照图1，第一方面，本发明实施例提供一种光纤陀螺4仪数据传输系统数据传输方法，包括以下步骤：

S1：光源2发出的光经第一耦合器3后分为三束光分别进入三组光纤陀螺4；

在光纤惯导中采样一体化设计技术，即由一个光源2来驱动三只光纤陀螺4，有效地解决了光源2稳定性和参数一致性问题，攻克了三轴复用光路抗交叉干扰技术。小型化集成技术及光纤陀螺4仪快速启动等关键技术。从而节约成本。减小体积。缩短系统的启动时间。提高系统的可靠性，且具备抗振动冲击的能力。

S2：每组光纤陀螺4中的第二耦合器41将从第一耦合器3发送的一束光一分为二，其中的一束光进入Y波导42，经过Y波导42的内部调节后输出的两束满足相干条件且具有高偏振度的线偏振光，这两束线偏振光在光纤环43中相向传播，同时感应外部的角速率，光电探测器44检测干涉信号光强变化，并将光信号转换为电信号后输入至信号处理电路45进行处理生成调制电压信号调节Y波导42，使Y波导42产生与外部Sagnac相移大小相等方向相反的反馈相移，从而构成数字闭环工作模式。

这样的设置，可以使光纤陀螺4始终工作在零相位附近。且光纤陀螺4 罗仪采用捷联惯性导航技术，基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将官对时间进行积分，之后将其变换到导航坐标系。得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置信息等。实际系统通常以惯导系统作为主导航系统。而将其他导航系统如天文导航、GPS 等作为辅助导航系统。应用卡尔曼滤波技术。将辅助信息作为观测量。对组合系统的状态变量进得最贷信论高精度的导航信号。

请参照图2-3，第二方面，本发明实施例一种光纤陀螺4仪数据传输系统，应用于上述的方法，上述系统包括：

壳体1和安装于壳体1内的光源2、第一耦合器3和三组光纤陀螺4；每组光纤陀螺4均包括依次连接的第二耦合器41、Y波导42、光纤环43、光电探测器44和信号处理电路45；上述光源2的输出端与上述第一耦合器 3的输入端连接，第一耦合器3用于将光源2发出的光分为三束光分别进入三组光纤陀螺4；上述第一耦合器3的三个输出端分别与三组光纤陀螺4中第二耦合器41的输入端连接。

进一步的，从第一耦合器3发送的一束光被第二耦合器41一分为二，其中的一束光进入Y波导42，经过Y波导42的内部调节后输出的两束满足相干条件且具有高偏振度的线偏振光，这两束线偏振光在上述光纤环43中相向传播，同时感应外部的角速率，上述光电探测器44检测干涉信号光强变化，并将光信号转换为电信号后输入至信号处理电路45进行处理生成调制电压信号调节Y波导42，使Y波导42产生与外部Sagnac相移大小相等方向相反的反馈相移。

请参照图4，基于第二方面，在本发明的一些实施例中，上述壳体1包括罩体11和底盖12，上述罩体11和底盖12可拆卸连接，上述底盖12左右两侧对称设置有第一固定孔121，上述固定孔从上至下贯穿上述底盖12，且上述固定孔位于上述罩体11外。

用于固定上述壳体1，使用时，先将上述罩体11与上述底盖12通过紧固件固定，再根据实际需要通过固定孔将壳体1固定在期望位置。

基于第二方面，在本发明的一些实施例中，上述底盖12的下底面左右两侧对称设置有伸入口122，上述罩体11的一侧壁设置有用于安装连接头的安装口111，上述罩体11下部设置有向外倾斜的加厚部112，上述加厚部112的下底面设置有多个螺孔113，上述底盖12设置相适配的多个第二固定孔123，上述螺孔113与上述第二固定孔123一一对应。

这样设置的目的在于，便于拆卸上述壳体1，在拆卸壳体1时，伸入口 122给使用者提供一个受力点，既使用者的双手可以分别伸入上述底盖12 的下底面左右两侧的伸入口122内。另外，也便于使用者进行搬运。

示例性的，上述信号处理电路45包括A/D电路451、逻辑电路452和 D/A电路453，上述A/D电路451接收光电探测器44的电信号并将电信号转换为数字信号发送至逻辑电路452进行处理，由D/A电路453输出调制电压信号。

基于第二方面，在本发明的一些实施例中，还包括相互连接的收发器和GPS模块。

请参照图5，示例性的，在本发明的一些实施例中，上述收发器包括 ADM2587芯片，两个VCC引脚的输入端和GND1引脚之间接有0.01uF、10uF 及2个0.1uF电容，Visoin引脚与GND2引脚之间的0.1uF的电容和0.01uF 电容，Visoout引脚和GND2引脚之间的0.1uF的电容和1的0uF电容，RXD 引脚用于发送信号至GPS模块，Visout引脚与Visout引脚连接，A引脚与Y引脚连接作为半双工的A信号线，B引脚和Z引脚连接，作为半双工的B 信号线，Visoin引脚经电阻R2接入A引脚，GND2引脚还连接稳压电路U20，稳压电路U20的两个引脚分别连接A引脚和B引脚，A引脚与B引脚分别经保险管后接入接插件，B引脚与GND2引脚之间连接电阻R38。

A、B、Y、Z引脚上带有±15KV的ESD保护及25KV/us的共模抑制能力，能够为芯片引脚提供大部分的保护功能，在恶劣的应用环境中，可以在总线上添加TVS管等器件以增强芯片对大的浪涌电流、电压的防护能力。

请参照图6，示例性的，上述GPS模块采用GR-87芯片，上述GR-87芯片的VCC引脚经电容C92后接地，上述VCC引脚还接入接插件的1号引脚，上述接插件的1号引脚接入场效应管Q1的D极，场效应管Q1的S极与G 极之间连接电子R32，上述场效应管Q1的G极接入三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射级经电阻R34、电阻R33后接入基级，电阻R34与电阻R33 的公共端接入与门U24A的2号输入端，TX_A引脚接入与门U24A的1号输入端，ADM2587芯片的RXD引脚接入与门U24B的4号输入端，与门U24A、与门U24B的输出端分别接入或门U25A的输入端，或门U25A的输出端接入 GR-87芯片的RX_A引脚。

具备快速定位及追踪20颗卫星的能力，具有GPS无线连接，并预留外接口，自带美国的GPS，中国北斗定位、俄罗斯的GLONASS，所以叫三模，信号稳定，内部转动转换。

请参照图7，第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：

至少一个处理器7、至少一个存储器8和数据总线9；其中：

上述处理器7与上述存储器8通过上述数据总线9完成相互间的通信；上述存储器8存储有可被上述处理器7执行的程序指令，上述处理器7调用上述程序指令以执行上述的方法。

第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，上述非暂态计算机可读存储介质存储计算机程序，上述计算机程序使计算机执行如权利要求1上述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种光纤陀螺仪数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

光源发出的光经第一耦合器后分为三束光分别进入三组光纤陀螺；

每组光纤陀螺中的第二耦合器将从第一耦合器发送的一束光一分为二，其中的一束光进入Y波导，经过Y波导的内部调节后输出的两束满足相干条件且具有高偏振度的线偏振光，这两束线偏振光在光纤环中相向传播，同时感应外部的角速率，光电探测器检测干涉信号光强变化，并将光信号转换为电信号后输入至信号处理电路进行处理生成调制电压信号调节Y波导，使Y波导产生与外部Sagnac相移大小相等方向相反的反馈相移，从而构成数字闭环工作模式。

2.一种光纤陀螺仪数据传输系统，其特征在于，应用于权利要求1所述的方法，所述系统包括：

壳体和安装于壳体内的光源、第一耦合器和三组光纤陀螺；

每组光纤陀螺均包括依次连接的第二耦合器、Y波导、光纤环、光电探测器和信号处理电路；

所述光源的输出端与所述第一耦合器的输入端连接，第一耦合器用于将光源发出的光分为三束光分别进入三组光纤陀螺；

所述第一耦合器的三个输出端分别与三组光纤陀螺中第二耦合器的输入端连接；

从第一耦合器发送的一束光被第二耦合器一分为二，其中的一束光进入Y波导，经过Y波导的内部调节后输出的两束满足相干条件且具有高偏振度的线偏振光，这两束线偏振光在所述光纤环中相向传播，同时感应外部的角速率，所述光电探测器检测干涉信号光强变化，并将光信号转换为电信号后输入至信号处理电路进行处理生成调制电压信号调节Y波导，使Y波导产生与外部Sagnac相移大小相等方向相反的反馈相移。

3.根据权利要求2所述的一种光纤陀螺仪数据传输系统，其特征在于，所述壳体包括罩体和底盖，所述罩体和底盖可拆卸连接，所述底盖左右两侧对称设置有第一固定孔，所述固定孔从上至下贯穿所述底盖，且所述固定孔位于所述罩体外。

4.根据权利要求3所述的一种光纤陀螺仪数据传输系统，其特征在于，所述底盖的下底面左右两侧对称设置有伸入口，所述罩体的一侧壁设置有用于安装连接头的安装口，所述罩体下部设置有向外倾斜的加厚部，所述加厚部的下底面设置有多个螺孔，所述底盖设置相适配的多个第二固定孔，所述螺孔与所述第二固定孔一一对应。

5.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺仪数据传输系统，其特征在于，所述信号处理电路包括A/D电路、逻辑电路和D/A电路，所述A/D电路接收光电探测器的电信号并将电信号转换为数字信号发送至逻辑电路进行处理，由D/A电路输出调制电压信号。

6.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺仪数据传输系统，其特征在于，还包括相互连接的收发器和GPS模块。

7.根据权利要求6所述的一种光纤陀螺仪数据传输系统，其特征在于，所述收发器包括ADM2587芯片，两个VCC引脚的输入端和GND1引脚之间接有0.01uF、10uF及2个0.1uF电容，Visoin引脚与GND2引脚之间的0.1uF的电容和0.01uF电容，Visoout引脚和GND2引脚之间的0.1uF的电容和1的0uF电容，RXD引脚用于发送信号至GPS模块，Visout引脚与Visout引脚连接，A引脚与Y引脚连接作为半双工的A信号线，B引脚和Z引脚连接，作为半双工的B信号线，Visoin引脚经电阻R2接入A引脚，GND2引脚还连接稳压电路U20，稳压电路U20的两个引脚分别连接A引脚和B引脚，A引脚与B引脚分别经保险管后接入接插件，B引脚与GND2引脚之间连接电阻R38。

8.根据权利要求7所述的一种光纤陀螺仪数据传输系统，其特征在于，所述GPS模块采用GR-87芯片，所述GR-87芯片的VCC引脚经电容C92后接地，所述VCC引脚还接入接插件的1号引脚，所述接插件的1号引脚接入场效应管Q1的D极，场效应管Q1的S极与G极之间连接电子R32，所述场效应管Q1的G极接入三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射级经电阻R34、电阻R33后接入基级，电阻R34与电阻R33的公共端接入与门U24A的2号输入端，TX_A引脚接入与门U24A的1号输入端，ADM2587芯片的RXD引脚接入与门U24B的4号输入端，与门U24A、与门U24B的输出端分别接入或门U25A的输入端，或门U25A的输出端接入GR-87芯片的RX_A引脚。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器、至少一个存储器和数据总线；其中：

所述处理器与所述存储器通过所述数据总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令以执行如权利要求1所述的方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机程序，所述计算机程序使计算机执行如权利要求1所述的方法。

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