一种基于分段采样滤波的光纤陀螺闭环控制方法与流程

1.本发明涉及光纤陀螺技术领域，具体涉及一种基于分段采样滤波的光纤陀螺闭环控制方法。


背景技术：

2.闭环光纤陀螺系统的控制性能是反应其动态特性的重要参数，它不仅反映系统对角速度信号、角加速度信号或者复杂混合输入信号的跟踪能力，也能用于衡量设计的光纤陀螺系统的控制方案是否满足要求。
3.目前国内外产品化的光纤陀螺的数字闭环控制方案主要是比例积分控制。采用比例积分控制方案的闭环光纤陀螺系统是一个绝对稳定的系统，但是在跟踪斜坡角速度信号、角加速度信号或者复杂混合输入信号时会存在稳态误差。
4.从自动控制的角度考虑很多控制方案的性能远远优于比例积分控制，但是因为闭环光纤陀螺系统是一种微弱信号检测系统，需要被检测的sagnac相位差信号非常微弱，信噪比低，导致该信号易被光路和电路噪声淹没，且在对sagnac相位差信号进行数模转换过程中存在死区非线性问题。现有技术是在陀螺输出上增加滤波器对输出信号进行滤波，实时性和滤波效果都不理想，并且生产成本高，陀螺体积大。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提出了一种基于分段采样滤波的光纤陀螺闭环控制方法，能够降低光纤陀螺系统的噪声，提高系统的信噪比。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案为：
7.本发明的一种基于分段采样滤波的光纤陀螺闭环控制方法，包括如下步骤：
8.光纤陀螺检测角运动，输出光相位信号；对光相位信号进行偏置调制和相位调制，得到调制后的信号；将调制后的信号进行光电转换，得到光电流信号；对光电流信号进行放大，得到放大后的电压信号v0；对电压信号v0进行a/d转换，得到数字电压信号d0；取数字电压信号d0的高n位保存为信号dh，对信号dh进行低通滤波；将信号dh经d/a转换为信号vh输出，用所述电压信号v0与所述信号vh做差，将差值放大后进行a/d转换，得到dl，对dl的低n位进行截断，将截断后的dl右移n位得到dl；将dl和低通滤波后的dh合并得到滤波后的采样信号dc。
9.其中，n取8。
10.其中，用所述电压信号v0与所述信号vh做差，将差值放大256倍后进行a/d转换，得到dl。
11.其中，对信号dh进行低通滤波时，直接用频率为光纤陀螺带宽的低通滤波器滤掉噪声。
12.其中，对光电流信号进行前置放大，得到放大后的电压信号v0。
13.有益效果：
14.1、本发明从陀螺内部闭环控制着手，能够降低光纤陀螺测量角运动时的噪声，提高输出信号的信噪比，有利于提升光纤陀螺的测量精度，改善闭环系统的跟踪性能和动态性能。
15.2、本发明中将放大后的电压信号v0与数字信号转化出的模拟信号vh进行比较做差，可以滤除部分电路元器件产生的温度漂移，以及电源噪声，进一步降低光纤陀螺测量角运动时的噪声，提高输出信号的信噪比，有利于提升光纤陀螺的测量精度。
16.3、本发明直接用频率为光纤陀螺带宽的低通滤波器滤掉噪声；对于dl，有用信号放大256倍后，存在于高n位，因此可以直接对dl的低n位进行截断，去除a/d转换噪声，将截断后的dl右移n位得到dl，具有更高的实时性和更好的滤波效果，既减少了生产成本又缩小了陀螺体积。
附图说明
17.图1为本发明分段采样滤波流程图。
具体实施方式
18.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
19.本发明提供了一种基于分段采样滤波的光纤陀螺闭环控制方法，流程图如图1所示，包括如下步骤：
20.步骤1：光纤陀螺检测角运动，输出光相位信号；
21.步骤2：对光相位信号进行偏置调制和相位调制，得到调制后的信号；
22.步骤3：将调制后的信号进行光电转换，得到光电流信号；
23.步骤4：对光电流信号进行前置放大，得到放大后的电压信号v0；
24.步骤5：对电压信号v0进行a/d转换，得到数字电压信号d0；
25.步骤6：取数字电压信号d0的高n位保存为信号dh，并将高n位数字信号dh经d/a转换为信号vh输出；其中n为设定值，本实施例取8。
26.步骤7：用所述电压信号v0与所述信号vh做差，将差值放大256倍后进行a/d转换，得到dl；其中，v0与vh做差，可以滤除部分电路元器件产生的温度漂移，以及电源噪声。
27.步骤8：对高n位数字信号dh进行低通滤波，由物理运动特性可知，高幅值的有用信号必然是低频的，可以直接用频率为光纤陀螺带宽的低通滤波器滤掉噪声；
28.步骤9：对于dl，有用信号放大256倍后，存在于高n位，因此可以直接对dl的低n位进行截断，去除a/d转换噪声。将截断后的dl右移n位得到dl。
29.步骤10：将dl和低通滤波后的dh合并得到滤波后的采样信号dc。
30.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。


技术特征：
1.一种基于分段采样滤波的光纤陀螺闭环控制方法，其特征在于，包括如下步骤：光纤陀螺检测角运动，输出光相位信号；对光相位信号进行偏置调制和相位调制，得到调制后的信号；将调制后的信号进行光电转换，得到光电流信号；对光电流信号进行放大，得到放大后的电压信号v0；对电压信号v0进行a/d转换，得到数字电压信号d0；取数字电压信号d0的高n位保存为信号dh，对信号dh进行低通滤波；将信号dh经d/a转换为信号vh输出，用所述电压信号v0与所述信号vh做差，将差值放大后进行a/d转换，得到dl，对dl的低n位进行截断，将截断后的dl右移n位得到dl；将dl和低通滤波后的dh合并得到滤波后的采样信号dc。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，n取8。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用所述电压信号v0与所述信号vh做差，将差值放大256倍后进行a/d转换，得到dl。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对信号dh进行低通滤波时，直接用频率为光纤陀螺带宽的低通滤波器滤掉噪声。5.如权利要求1、2或4所述的方法，其特征在于，对光电流信号进行前置放大，得到放大后的电压信号v0。

技术总结
本发明提出了一种基于分段采样滤波的光纤陀螺闭环控制方法，能够降低光纤陀螺系统的噪声，提高系统的信噪比。本发明从陀螺内部闭环控制着手，能够降低光纤陀螺测量角运动时的噪声，提高输出信号的信噪比，有利于提升光纤陀螺的测量精度，改善闭环系统的跟踪性能和动态性能。态性能。态性能。


技术研发人员：李晓霞 吴盼良 朱福祥 赵欣 赵一鸣
受保护的技术使用者：河北汉光重工有限责任公司
技术研发日：2022.08.01
技术公布日：2022/11/8