CN116972825A - 一种光纤陀螺动态性能稳定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光纤陀螺动态性能稳定装置及方法，属于光纤陀螺技术领域，解决了现有基于前向通道增益的稳定方法未充分利用现有控制架构、控制逻辑复杂的问题。包括前向通道用于将所述光纤陀螺的角速度信号转换为数字反馈信号，再进行处理得到角速度数字信号；可调数字增益发生器用于基于可调前向增益对角速度数字信号进行调整；数字增益调制信号发生器用于间隔固定周期产生增益调制信号；后向通道用于对接收的调整后角速度数字信号和增益调制信号进行处理；数字增益处理模块用于在数字增益调制信号发生器产生增益调制信号的周期接收数字反馈信号进行处理得到信号增益调整量；可调数字增益发生器基于信号增益调整量对可调前向增益进行调整。

Description

一种光纤陀螺动态性能稳定装置及方法

技术领域

本发明涉及光纤陀螺技术领域，尤其涉及一种光纤陀螺动态性能稳定装置及方法。

背景技术

光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的角速率传感器，相较于激光陀螺，其具有全固态、精度高、成本低、可靠性高等优点，目前已经广泛应用于军事及民用领域。光纤陀螺的动态性能是指其在角速度或者角加速度输入时，输出能够准确描述输入的能力，主要包括带宽、延迟时间、最大输入角加速度等。光纤陀螺的动态性能与光纤陀螺的前向通道与后向通道增益均相关。其中，光纤陀螺的动态性能基于光纤陀螺的前向通道的稳定方法缺乏相应的研究。

光纤陀螺的前向通道主要包括探测器探测到的光功率、前级运算放大器、A/D转换器、速率解调器、速率积分器、固定数字增益器几部分，其中探测器参数及接收光功率、前级运放参数、A/D转换器参数都会随着温度变化发生变化。而由于器件的老化，前向通道增益也会有长期性漂移。因此，在变温环境中或者光纤陀螺长期使用中，光纤陀螺的前向通道增益会不断变化，从而影响光纤陀螺的动态性能。然而，现有的通过前向通道增益稳定光纤陀螺动态性能的方法较为复杂，对现有的光纤陀螺控制架构没有充分进行利用。

综上所述，研究能够不增加光学器件及电子器件等外设，并且不改变陀螺整体控制架构且控制逻辑较为简易的光纤陀螺前向通道增益控制方法对于提升光纤陀螺动态性能的环境稳定性和长期稳定性都具有重要意义，同时也有利于该技术的推广及小型化应用。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种光纤陀螺动态性能稳定装置及方法，用以解决现有基于前向通道增益的稳定方法未充分利用现有控制架构并且控制逻辑复杂的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种光纤陀螺动态性能稳定装置，包括光纤陀螺、前向通道、后向通道、可调数字增益发生器、数字增益处理模块和数字增益调制信号发生器；

所述前向通道，用于将所述光纤陀螺输出的角速度信号转换为数字反馈信号，再对所述数字反馈信号进行处理，得到角速度数字信号；

所述可调数字增益发生器，用于基于其中的可调前向增益对所述角速度数字信号进行调整，并输出至所述后向通道；

所述数字增益调制信号发生器，用于间隔固定周期产生增益调制信号，并将其输出至所述后向通道；

所述后向通道，用于对接收的调整后角速度数字信号和增益调制信号进行处理，得到相位偏置信号并输出至经光纤陀螺，实现光纤陀螺闭环控制；

所述数字增益处理模块，用于在所述数字增益调制信号发生器产生增益调制信号的周期接收所述前向通道的数字反馈信号进行处理，得到信号增益调整量，并输出至所述可调数字增益发生器；所述可调数字增益发生器基于所述信号增益调整量对所述可调前向增益进行调整，以稳定光纤陀螺的动态性能。

进一步地，所述固定周期为2Nτ，其中，τ表示光纤陀螺的渡越时间，N为整数。

进一步地，所述数字增益调制信号发生器产生的增益调制信号为在光纤陀螺渡越时间τ的中间时刻τ开始，持续时间为τ，幅值为预设幅值2 2的信号。

进一步地，所述后向通道包括阶梯波发生器、调制方波发生器、调制信号综合器、D/A转换器以及后级运算放大器；

所述阶梯波发生器与调制方波发生器分别与调制信号综合器连接，所述阶梯波发生器用于根据接收的调整后角速度数字信号产生阶梯波信号；所述调制方波发生器，用于产生周期为2τ、幅值为预设幅值的陀螺调制方波信号；所述调制信号综合器，用于将接收的阶梯波信号和陀螺调制方波信号进行叠加，产生光干涉调制信号；或者，在接收到所述增益调制信号发生器固定周期的增益调制信号后，用于将接收的阶梯波信号、陀螺调制方波信号以及增益调制信号进行叠加，产生光干涉调制信号；

所述调制信号综合器还依次与D/A转换器和后级运算放大器连接，所述D/A转换器将所述光干涉调制信号转换为模拟信号，经后级运算放大器放大后，得到相位偏置信号并输出至所述光纤陀螺。

进一步地，所述调制信号综合器通过以下方式得到光干涉调制信号：

将阶梯波信号、陀螺调制方波信号叠加得到顺时针光调制信号；或，将阶梯波信号、陀螺调制方波信号以及增益调制信号叠加得到顺时针光调制信号；

将所述顺时针调制信号进行1个渡越时间τ的延迟，得到逆时针光调制信号；

将顺时针光调制信号减去逆时针光调制信号，得到所述光干涉调制信号。

进一步地，所述数字增益处理模块包括依次连接的数字增益解调器和数字增益控制器；

所述数字增益解调器，用于在所述数字增益调制信号发生器产生增益调制信号的周期接收所述数字反馈信号，并将数字反馈信号进行解调，得到增益响应信号；所述增益响应信号为在持续时间为2τ的脉冲中，在第一个时间和第三个/>时间的信号幅值为P0，在第二个/>时间和第四个/>时间的信号幅值为P1；

所述数字增益控制器，用于基于增益响应信号得到幅值变化量ΔP＝|P1-P0|，基于幅值变化量ΔP与预设的参考幅值变化量P2得到信号增益调整量。

进一步地，所述数字增益控制器通过以下方式得到信号增益调整量：

若ΔP小于P2，则信号增益调整量为ΔK＝|ΔP-P2|α，

若ΔP大于P2，则信号增益调整量为ΔK＝|ΔP-P2|β，

若ΔP等于P2，则信号增益调整量为ΔK＝0；

其中，α表示前向增益正向调整系数，β表示前向增益反向调整系数，α＞0，β＜0。

进一步地，所述前向通道包括前级运算放大器、A/D转换器、速率解调器和速率积分器；

所述前级运算放大器与所述光纤陀螺连接，用于接收光纤陀螺角速度信号并进行放大和滤波；前级运算放大器还依次与所述A/D转换器、速率解调器和速率积分器依次连接，通过A/D转换器将处理后的角速度信号转换为数字反馈信号；所述速率解调器对所述数字反馈信号进行解调，再经速率积分器进行积分，得到所述角速度数字信号。

进一步地，所述光纤陀螺包括光源、耦合器、Y波导、光纤环、探测器；

所述光源、耦合器、Y波导、光纤环依次连接，当外界载体旋转时所述光源发出的光经耦合器进入Y波导，在Y波导的作用下，分成顺、逆时针方向两束光进入所述光纤环，顺、逆时针传播的两束光之间产生与所述光纤环角速度成正比的Sagnac相移，使得出射光强信号发生变化；

所述探测器与所述耦合器连接，所述探测器接收所述光强信号并转化为电压信号，所述电压信号作为角速度信号；

所述Y波导还接收所述后向通道输出的相位偏置信号，以实现光纤陀螺的闭环控制。

另一方面，本发明实施例提供了一种光纤陀螺动态性能稳定方法，包括以下步骤：

将光纤陀螺输出的角速度信号转换为数字反馈信号，再对所述数字反馈信号进行处理，得到角速度数字信号；

基于可调前向增益对所述角速度数字信号进行调整，得到调整后角速度数字信号；

基于间隔固定周期产生的增益调制信号对调整后的角速度数字信号进行处理，输出至所述光纤陀螺，实现光纤陀螺闭环控制；

在产生增益调制信号的周期获取数字反馈信号进行处理，得到信号增益调整量，基于所述信号增益调整量对所述可调前向增益进行调整，以稳定光纤陀螺的动态性能。

与现有技术相比，本发明可实现如下有益效果：

本发明提供的一种光纤陀螺动态性能稳定装置及方法，

通过在光纤陀螺的闭环控制中增加了数字增益处理模块和数字增益调制信号发生器，并将原来的固定数字增益发生器替换为可调数字增益发生器，通过数字增益调制信号发生器发出增益调制信号，进而使得数字增益处理模块解调出可反映前向增益变化的信号增益调整量，从而通过该调整量改变可调数字增益发生器中的可调增益，实现了对前向通道增益的调整，控制逻辑简单，并且该设置并未改变光纤陀螺控制系统架构，提升了光纤陀螺动态性能的环境稳定性和长期稳定性，同时也有利于该技术的推广及小型化应用。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例1提供的光纤陀螺动态性能稳定装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的调制方波信号发生器与阶梯波信号发生器产生的信号及相应的光干涉信号处的信号示意图；

图3为本发明实施例1提供的数字增益调制信号发生器产生的增益调制信号及相应的光干涉信号处的调制信号示意图；

图4为本发明实施例1提供的调制信号综合器产生的信号及相应的光干涉信号处的调制信号示意图；

图5为本发明实施例1提供的数字增益调制信号发生器产生增益调制信号后经A/D转换器后的信号示意图；

附图标记：

1-光源；2-耦合器；3-Y波导；4-光纤环；5-探测器；6-前级运算放大器；7-A/D转换器；8-速率解调器；9-速率积分器；10-可调数字增益发生器；11-阶梯波发生器；12-调制方波发生器；13-数字增益调制信号发生器；14-数字增益解调器；15-数字增益控制器；16-调制信号综合器；17-D/A转换器；18-后级运算放大器；19-FPGA。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明的一个具体实施例，公开了一种光纤陀螺动态性能稳定装置，如图1所示，包括光纤陀螺、前向通道、后向通道、可调数字增益发生器10、数字增益处理模块和数字增益调制信号发生器13；

所述前向通道，用于将所述光纤陀螺输出的角速度信号转换为数字反馈信号，再对所述数字反馈信号进行处理，得到角速度数字信号；

所述可调数字增益发生器10，用于基于其中的可调前向增益对所述角速度数字信号进行调整，并输出至所述后向通道；

所述数字增益调制信号发生器13，用于间隔固定周期产生增益调制信号，并将其输出至所述后向通道；

所述后向通道，用于对接收的调整后角速度数字信号和增益调制信号进行处理，得到相位偏置信号并输出至经光纤陀螺，实现光纤陀螺闭环控制；

所述数字增益处理模块，用于在所述数字增益调制信号发生器13产生增益调制信号的周期接收所述前向通道的数字反馈信号进行处理，得到信号增益调整量，并输出至所述可调数字增益发生器10；所述可调数字增益发生器10基于所述信号增益调整量对所述可调前向增益进行调整，以稳定光纤陀螺的动态性能。

实施时，前向通道中的速率解调器8、速率积分器9，可调数字增益发生器10，后向通道中的阶梯波信号发生器11、调制方波信号发生器12、调制信号综合器16，数字增益调制信号发生器13，数字增益处理模块、设置在FPGA19上，通过在FPGA内部增加数字增益处理模块、数字增益调制信号发生器13，以及将固定数字增益发生器替换为可调数字增益发生器10，实现了对光纤陀螺闭环控制中前向通道增益的跟踪调整。

与现有技术相比，本实施例提供了一种光纤陀螺动态性能稳定装置及方法，通过在光纤陀螺的闭环控制中增加了数字增益处理模块和数字增益调制信号发生器13，并将原来的固定数字增益发生器替换为可调数字增益发生器10，通过数字增益调制信号发生器13发出增益调制信号，进而使得数字增益处理模块解调出可反映前向增益变化的信号增益调整量，从而通过该调整量改变可调数字增益发生器中的可调增益，实现了对前向通道增益的调整，控制逻辑简单，并且该设置并未改变光纤陀螺控制系统架构，提升了光纤陀螺动态性能的环境稳定性和长期稳定性，同时也有利于该技术的推广及小型化应用。

实施时，所述固定周期为2Nτ，其中，τ表示光纤陀螺的渡越时间，N为整数。

实施时，所述数字增益调制信号发生器13产生的增益调制信号为在光纤陀螺渡越时间τ的中间时刻开始，持续时间为/>幅值为预设幅值的信号。其中，增益调制信号的幅值根据实际应用过程中光纤陀螺的特性进行设置。应该理解的是，数字增益调制信号发生器13产生增益调制信号是为反映前向通道的增益变化，因此，在此期间光纤陀螺得到角速度数据并不作为准确的角速度数据。

具体地，N的取值与光纤陀螺精度、光纤陀螺增益稳定性控制时间相关，N取值越小，可用于光纤陀螺角速度解调的信号范围越小，则光纤陀螺精度越低，但同时可用于增益稳定性控制的信号范围越大，则控制时间越短；反之，N取值越大，可用于光纤陀螺角速度解调的信号范围越大，则光纤陀螺精度越高，但同时可用于增益稳定性控制的信号范围越小，则控制时间越长。由于光纤陀螺的增益变化是很缓慢的过程，而对陀螺精度的需求更高，因此N可取比较大的值，优选地，N取值大于10000，即20000个渡越时间内产生一次增益调制信号，对陀螺精度的影响可以忽略不计。

实施时，所述后向通道包括阶梯波发生器11、调制方波发生器12、调制信号综合器16、D/A转换器17以及后级运算放大器18。

所述阶梯波发生器11与调制方波发生器12分别与调制信号综合器16连接，所述阶梯波发生器11用于根据接收的调整后角速度数字信号产生阶梯波信号；所述调制方波发生器12，用于产生周期为2τ、幅值为预设幅值的陀螺调制方波信号；所述调制信号综合器16，用于将接收的阶梯波信号和陀螺调制方波信号进行叠加，产生光干涉调制信号；或者，在接收到增益调制信号发生器固定周期的增益调制信号后，用于将接收的阶梯波信号、陀螺调制方波信号以及增益调制信号进行叠加，产生光干涉调制信号。

所述调制信号综合器16还依次与D/A转换器17和后级运算放大器18连接，所述D/A转换器17将所述光干涉调制信号转换为模拟信号，经后级运算放大器18放大后，得到相位偏置信号并输出至所述光纤陀螺。

实施时，所述调制信号综合器16通过以下方式得到光干涉调制信号：

将阶梯波信号、陀螺调制方波信号叠加得到顺时针光调制信号；或，将阶梯波信号、陀螺调制方波信号以及增益调制信号叠加得到顺时针光调制信号；

将所述顺时针调制信号进行1个渡越时间τ的延迟，得到逆时针光调制信号；

将顺时针光调制信号减去逆时针光调制信号，得到所述光干涉调制信号。

实施时，所述数字增益处理模块包括依次连接的数字增益解调器14和数字增益控制器15；

所述数字增益解调器14，用于在所述数字增益调制信号发生器13产生增益调制信号的周期接收所述数字反馈信号，并将数字反馈信号进行解调，得到增益响应信号；所述增益响应信号为在持续时间为2τ的脉冲中，在第一个时间和第三个/>时间的信号幅值为P0，在第二个/>时间和第四个/>时间的信号幅值为P1；

所述数字增益控制器15，用于基于增益响应信号得到幅值变化量ΔP＝|P1-P0|，基于幅值变化量ΔP与预设的参考幅值变化量P2得到信号增益调整量。

实施时，所述数字增益控制器15通过以下方式得到信号增益调整量：

若ΔP小于P2，则信号增益调整量为ΔK＝|ΔP-P2|α，

若ΔP大于P2，则信号增益调整量为ΔK＝|ΔP-P2|β，

若ΔP等于P2，则信号增益调整量为ΔK＝0；

其中，α表示前向增益正向调整系数，β表示前向增益反向调整系数，α＞0，β＜0。其中，α，β的取值根据实际应用中的光纤陀螺进行设置。

实施时，所述前向通道包括前级运算放大器6、A/D转换器7、速率解调器8和速率积分器9。

所述前级运算放大器6与所述光纤陀螺连接，用于接收光纤陀螺角速度信号并进行放大和滤波；前级运算放大器还依次与所述A/D转换器7、速率解调器8和速率积分器9依次连接，通过A/D转换器7将处理后的角速度信号转换为数字反馈信号；所述速率解调器8对所述数字反馈信号进行解调，再经速率积分器9进行积分，得到所述角速度数字信号。

实施时，所述光纤陀螺包括光源1、耦合器2、Y波导3、光纤环4、探测器5；

所述光源1、耦合器2、Y波导3、光纤环4依次连接，当外界载体旋转时所述光源1发出的光经耦合器2进入Y波导3，在Y波导3的作用下，分成顺、逆时针方向两束光进入所述光纤环4，顺、逆时针传播的两束光之间产生与所述光纤环4角速度成正比的Sagnac相移，使得出射光强信号发生变化；

所述探测器5与所述耦合器2连接，所述探测器5接收所述光强信号并转化为电压信号，所述电压信号作为角速度信号；

具体地，光纤环4将相移后的光信号，经Y波导传输至耦合器2，进而由探测器5感知变化的光强信号进行后续处理。

所述Y波导3还接收所述后向通道输出的相位偏置信号，以实现光纤陀螺的闭环控制。

具体地，耦合器2对输入探测器5的光信号进行合束。优选地，耦合器2的分光比例为1:1，使得探测器5上敏感到的光强效果较好，保证光纤陀螺的性能。

示例性地，将所述数字增益调制信号发生器13产生的增益调制信号的幅值取π/4，固定周期取20000τ，即N＝10000，本实施例实现前向通道增益调整的过程如下：

根据Sagnac效应，光纤环4中顺时针和逆时针两束光在Y波导3处产生干涉，调制方波发生器12产生±π/4调制信号，并经过D/A转换器17将数字信号转换为模拟信号以及后级运算放大器18放大后施加在Y波导3上。由于光纤陀螺存在渡越时间τ，则调制方波周期为2τ，顺时针光和逆时针光经历调制的时间差为τ，所以干涉光处的调制相位差为±π/2。在该调制信号下的光干涉信号响应信号经过耦合器2、探测器5、前级运算放大器6和A/D转换器7后进入速率解调器8。速率解调器8对±π/2相位对应的信号进行解调，并通过速率积分器9对解调量积分，再经过阶梯波发生器11将得到的信息进行反馈，实现光纤陀螺的闭环控制。

数字增益调制信号发生器13每20000τ时间产生增益调制信号，如图3所示，在光纤陀螺渡越时间τ的中间时刻开始，持续时间为/>幅值为π/4的信号，可根据顺时针光调制相位、逆时针光调制相位和光干涉信号调制相位差的关系，即可得到相应的调制信号。

该调制信号与调制方波发生器12、阶梯波信号发生器11产生的信号(如图2)叠加后的信号(如图4)呈现为每9999个正常±π/4方波调制信号之后，会产生一个正半周信号幅值为π/4，负半周信号前τ/2幅值为-π/4，后τ/2幅值为0的顺时针光调制信号，进而得到逆时针光调制信号，从而得到光干涉调制信号为每9999个正常±π/2方波调制之后，会产生一个负半周前τ/2幅值为-π/2(图4中A)，后τ/2幅值为-π/4(图4中B)，正半周前τ/2幅值为π/2(图4中C)，后τ/2幅值为π/4(图4中D)的调制信号。

光干涉信号经过上述增益调制信号调制后，会在数字增益解调器14前产生相应的数字反馈信号，如图5所示，呈现为每9999个正常梳状脉冲之后，会有2τ时间的脉冲为第一个τ/2信号幅值为P0(图5中A1)，第二个τ/2信号幅值为P1(图5中B1)，第三个τ/2信号幅值为P0(图5中C1)，第四个τ/2信号幅值为P1(图5中D1)。其中，图5的A1、B1、C1、D1信号分别对应于图4中A、B、C、D的调制信号。

数字增益解调器14解调P1和P0的差值得到幅值变化量ΔP，数字增益控制器15将幅值变化量ΔP与预设的参考幅值变化量P2进行对比：

若ΔP小于P2，则说明前向通道增益减小了，此时需要增大前向通道增益，数字增益控制器控制15得到信号增益调整量为ΔK＝|ΔP-P2|α，α＞0，可调数字增益发生器的可调前向增益加上ΔK；

若ΔP大于P2，则说明前向通道增益增大了，此时需要减小前向通道增益，数字增益控制器15得到信号增益调整量为ΔK＝|ΔP-P2|β，β＜0，可调数字增益发生器的可调前向增益加上ΔK，更新可调前向增益；

若ΔP等于P2，则说明前向通道增益未发生改变，此时不需要改变前向通道增益，可调数字增益发生器的可调前向增益不变。

以上过程形成了对光纤陀螺前向通道增益变化的调整和控制闭环，从而保证了前向通道总增益G的稳定，进而保证了光纤陀螺动态性能的稳定性。

需要说明的是，本实施例通过上述方式实现对光纤陀螺闭环控制中前向通道增益的跟踪调整的原理如下：

设探测器5增益为K1，前级运算放大器增益6为K2、A/D转换器增益7为K3、速率解调器8增益为K4、速率积分器9增益为K5、可调数字增益发生器10增益为K6，则前向通道总增益G可表示为：

G＝K1×K2×K3×K4×K5×K6

当光纤陀螺光路或电路不稳定时会造成K1、K2、K3、K4、K5发生变化，通过监测变化量并实时调整可调数字增益发生器的增益K6，当K1×K2×K3×K4×K5减小时等比例增大K6值，当K1×K2×K3×K4×K5增大时同比例减小K6值，可使前向通道总增益G保持稳定，从而使光纤陀螺动态性能保持稳定。

其中，K1、K2、K3、K4、K5的增益都是设计值，是设计保证的，无法进行实时在线测量，在本实施例中，通过数字增益调制信号发生器13发出的增益调制信号，对光纤陀螺的干涉光信号进行调制后，能够反映前向通道总增益G的变化，即数字增益调制信号发生器13产生增益调制信号，并与阶梯波信号和光纤陀螺调制方波信号经过调制信号综合器16叠加后，经过D/A转换器17和后级运算放大器18施加在Y波导3上，产生光干涉信号，该光干涉信号经过耦合器2、探测器5、前级运算放大器6、A/D转换器7后进入数字增益解调器14，数字增益解调器14解调对应信号，并通过数字增益控制器15计算出信号增益调整量，进而控制可调数字增益发生器10调整增益K6，从而保持前向通道总增益G稳定。

实施例2

本发明的一个具体实施例，公开了一种光纤陀螺动态性能稳定方法，包括以下步骤：

将光纤陀螺输出的角速度信号转换为数字反馈信号，再对所述数字反馈信号进行处理，得到角速度数字信号；

基于可调前向增益对所述角速度数字信号进行调整，得到调整后角速度数字信号；

基于间隔固定周期产生的增益调制信号对调整后的角速度数字信号进行处理，输出至所述光纤陀螺，实现光纤陀螺闭环控制；

在产生增益调制信号的周期获取数字反馈信号进行处理，得到信号增益调整量，基于所述信号增益调整量对所述可调前向增益进行调整，以稳定光纤陀螺的动态性能。

本发明实施例的具体实施过程参见上述装置实施例即可，本实施例在此不再赘述。

由于本实施例与上述装置实施例原理相同，所以本方法也具有上述方法实施例相应的技术效果。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤陀螺动态性能稳定装置，其特征在于，包括光纤陀螺、前向通道、后向通道、可调数字增益发生器、数字增益处理模块和数字增益调制信号发生器；

所述前向通道，用于将所述光纤陀螺输出的角速度信号转换为数字反馈信号，再对所述数字反馈信号进行处理，得到角速度数字信号；

所述可调数字增益发生器，用于基于其中的可调前向增益对所述角速度数字信号进行调整，并输出至所述后向通道；

所述数字增益调制信号发生器，用于间隔固定周期产生增益调制信号，并将其输出至所述后向通道；

所述后向通道，用于对接收的调整后角速度数字信号和增益调制信号进行处理，得到相位偏置信号并输出至经光纤陀螺，实现光纤陀螺闭环控制；

所述数字增益处理模块，用于在所述数字增益调制信号发生器产生增益调制信号的周期接收所述前向通道的数字反馈信号进行处理，得到信号增益调整量，并输出至所述可调数字增益发生器；所述可调数字增益发生器基于所述信号增益调整量对所述可调前向增益进行调整，以稳定光纤陀螺的动态性能。

2.根据权利要求1所述的光纤陀螺动态性能稳定装置，其特征在于，所述固定周期为2Nτ，其中，τ表示光纤陀螺的渡越时间，N为整数。

3.根据权利要求2所述的光纤陀螺动态性能稳定装置，其特征在于，所述数字增益调制信号发生器产生的增益调制信号为在光纤陀螺渡越时间τ的中间时刻开始，持续时间为幅值为预设幅值的信号。

4.根据权利要求3所述的光纤陀螺动态性能稳定装置，其特征在于，所述后向通道包括阶梯波发生器、调制方波发生器、调制信号综合器、D/A转换器以及后级运算放大器；

所述阶梯波发生器与调制方波发生器分别与调制信号综合器连接，所述阶梯波发生器用于根据接收的调整后角速度数字信号产生阶梯波信号；所述调制方波发生器，用于产生周期为2τ、幅值为预设幅值的陀螺调制方波信号；所述调制信号综合器，用于将接收的阶梯波信号和陀螺调制方波信号进行叠加，产生光干涉调制信号；或者，在接收到所述增益调制信号发生器固定周期的增益调制信号后，用于将接收的阶梯波信号、陀螺调制方波信号以及增益调制信号进行叠加，产生光干涉调制信号；

所述调制信号综合器还依次与D/A转换器和后级运算放大器连接，所述D/A转换器将所述光干涉调制信号转换为模拟信号，经后级运算放大器放大后，得到相位偏置信号并输出至所述光纤陀螺。

5.根据权利要求4所述的光纤陀螺动态性能稳定装置，其特征在于，所述调制信号综合器通过以下方式得到光干涉调制信号：

将阶梯波信号、陀螺调制方波信号叠加得到顺时针光调制信号；或，将阶梯波信号、陀螺调制方波信号以及增益调制信号叠加得到顺时针光调制信号；

将所述顺时针调制信号进行1个渡越时间τ的延迟，得到逆时针光调制信号；

将顺时针光调制信号减去逆时针光调制信号，得到所述光干涉调制信号。

6.根据权利要求4所述的光纤陀螺动态性能稳定装置，其特征在于，所述数字增益处理模块包括依次连接的数字增益解调器和数字增益控制器；

所述数字增益解调器，用于在所述数字增益调制信号发生器产生增益调制信号的周期接收所述数字反馈信号，并将数字反馈信号进行解调，得到增益响应信号；所述增益响应信号为在持续时间为2τ的脉冲中，在第一个时间和第三个/>时间的信号幅值为P0，在第二个时间和第四个/>时间的信号幅值为P1；

所述数字增益控制器，用于基于增益响应信号得到幅值变化量ΔP＝|P1-P0|，基于幅值变化量ΔP与预设的参考幅值变化量P2得到信号增益调整量。

7.根据权利要求6所述的光纤陀螺动态性能稳定装置，其特征在于，所述数字增益控制器通过以下方式得到信号增益调整量：

若ΔP小于P2，则信号增益调整量为ΔK＝|ΔP-P2|α，

若ΔP大于P2，则信号增益调整量为ΔK＝|ΔP-P2|β，

若ΔP等于P2，则信号增益调整量为ΔK＝0；

其中，α表示前向增益正向调整系数，β表示前向增益反向调整系数，α＞0，β＜0。

8.根据权利要求1所述的光纤陀螺动态性能稳定装置，其特征在于，所述前向通道包括前级运算放大器、A/D转换器、速率解调器和速率积分器；

所述前级运算放大器与所述光纤陀螺连接，用于接收光纤陀螺角速度信号并进行放大和滤波；前级运算放大器还依次与所述A/D转换器、速率解调器和速率积分器依次连接，通过A/D转换器将处理后的角速度信号转换为数字反馈信号；所述速率解调器对所述数字反馈信号进行解调，再经速率积分器进行积分，得到所述角速度数字信号。

9.根据权利要求1所述的光纤陀螺动态性能稳定装置，其特征在于，所述光纤陀螺包括光源、耦合器、Y波导、光纤环、探测器；

所述光源、耦合器、Y波导、光纤环依次连接，当外界载体旋转时所述光源发出的光经耦合器进入Y波导，在Y波导的作用下，分成顺、逆时针方向两束光进入所述光纤环，顺、逆时针传播的两束光之间产生与所述光纤环角速度成正比的Sagnac相移，使得出射光强信号发生变化；

所述探测器与所述耦合器连接，所述探测器接收所述光强信号并转化为电压信号，所述电压信号作为角速度信号；

所述Y波导还接收所述后向通道输出的相位偏置信号，以实现光纤陀螺的闭环控制。

10.一种光纤陀螺动态性能稳定方法，其特征在于，包括以下步骤：

将光纤陀螺输出的角速度信号转换为数字反馈信号，再对所述数字反馈信号进行处理，得到角速度数字信号；

基于可调前向增益对所述角速度数字信号进行调整，得到调整后角速度数字信号；

基于间隔固定周期产生的增益调制信号对调整后的角速度数字信号进行处理，输出至所述光纤陀螺，实现光纤陀螺闭环控制；

在产生增益调制信号的周期获取数字反馈信号进行处理，得到信号增益调整量，基于所述信号增益调整量对所述可调前向增益进行调整，以稳定光纤陀螺的动态性能。