光纤陀螺的信号处理方案评述光纤陀螺的信号处理方案评述.pdf

第 28 卷第 11 期 光 子 学 报 V o 1. 28 N o . 11 1999 年 11 月　　 　　　　 　　　　 ACTA PHOTONICA SINICA　　　　　　　　No vem ber 1999 光纤陀螺的信号处理方案评述* 戴旭涵　周柯江　刘　承　舒晓武　丁　军　杨国光 ( 现代光学仪器国家重点实验室, 浙江大学, 杭州 310027) 摘　要　介绍了国外应用于不同场合、满足不同性能要求的光纤陀螺的闭环和开环信号处理 方案, 比较了它们的优缺点 . 光纤陀螺是近年来惯性导航系统中很有可能得到广泛应用的核 心元件, 其中信号处理方案在很大程度上决定了光纤陀螺的性能 . 　　关键词　光纤陀螺; 信号处理 0　引言 1　概述 光纤陀螺是惯性测量组合的核心器件, 早期 采用互易性光路的光纤陀螺, 其光强-相位输 的陀螺是机电式的, 如挠性陀螺和静电悬浮式陀 出可以表示为 螺, 但其体积大、结构复杂、成本高 . 本世纪初, 发 I = I 0 ( 1+ cos) ( 1) 现了 Sag nac 效应, 随后激光和光导纤维的发明及 式中, 为 Sagnac 相移 相关技术的飞速进步, 为基于 Sag nac 效应的光纤 = ( 2L D/ 0c) ( 2) 陀螺奠定了技术基础 . 光纤陀螺与传统的机电式 这是一条余弦响应曲线, 其形状如图 1 左上 陀螺相比, 具有体积小、重量轻、成本低、无可动部 角所示 . 件、耐恶劣工作环境, 电磁兼容性好等优点 . 自本 世纪 70 年代以来, 各主要发达国家先后投入相当 大的人力物力进行研究, 到目前为止, 已先后开发 出低精度成本至高精度高成本、不同系列、满足不 同要求的光纤陀螺产品 . 光纤陀螺主要由光学系统和信号处理电路组 成 . 由于光纤陀螺中光学系统的成本较高, 结构 相对而言较稳定, 而电路系统成本相对而言较低, 其结构???可以根据要求灵活改变, 特别是采用了 数字化方案后 . 对于同样的光学系统, 采用不同 的信号处理方案, 系统性能可能有较大差异 . 性 能优异的处理电路, 甚至可以在一定程度上弥补 光学系统的不足 . 因此, 研究光纤陀螺的信号处 图 1　光纤陀螺的光强-相位响应 理电路, 对于提高系统性能具有重要的意义 . 目 Fig . 1　O ptical Intensity -P hase R espo nse o f FO G 前, 国内这方面的研究虽然有了一定进展, 但与国 虽然由式 2 可以看出 Sagnac 相移与被测角 外相比, 还处于起步阶段, 为此本文将介绍国外应 速度值之间存 在线性关系, 但由于 PIN-FET 所 用于不同要求的光纤陀螺的典型信号处理方案, 测得的是光强度信号, 由图 1 中可以看出, 光强- 以促进国内这方面研究的进展 . 相位之间的关系是非线性的, 且呈周期性变化 . * 国家 863 高技 术计划资助项目 收稿日期: 1999—06—10