光纖陀螺原理2021完整版課件

光纖陀螺原理光纖陀螺原理1研討內(nèi)容：干涉式光纖陀螺基本原理簡(jiǎn)介；信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)；閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)；基于FPGA的信號(hào)處理及時(shí)序控制；信號(hào)處理電路板介紹；FPGA程序介紹。研討內(nèi)容：干涉式光纖陀螺基本原理簡(jiǎn)介；2干涉式光纖陀螺基本原理等價(jià)的概念：

環(huán)形干涉儀——光纖陀螺光纖線(xiàn)圈——光纖環(huán)相位調(diào)制器——Y波導(dǎo)（Y分支）群傳輸時(shí)間——渡越時(shí)間薩格奈克相位差——Sagnac——干涉式光纖陀螺基本原理等價(jià)的概念：3干涉式光纖陀螺基本原理光纖陀螺基于薩格奈克（Sagnac）效應(yīng)，即當(dāng)環(huán)形干涉儀旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)正比于旋轉(zhuǎn)速率的相位差。

干涉式光纖陀螺基本原理光纖陀螺基于薩格奈克（4 干涉型光纖陀螺（I-FOG）就是一個(gè)光纖Sagnac干涉儀，它利用干涉測(cè)量技術(shù)把相位調(diào)制光轉(zhuǎn)變?yōu)檎穹{(diào)制光；把光相位的直接測(cè)量變?yōu)楣鈴?qiáng)度的測(cè)量，從而較簡(jiǎn)單地測(cè)出Sagnac相位變化。光纖陀螺中Sagnac相位差的響應(yīng)（光強(qiáng)I）為ΔΦS的余弦函數(shù)：干涉式光纖陀螺基本原理 干涉型光纖陀螺（I-FOG）就是一個(gè)光纖Sagna5干涉式光纖陀螺基本原理

光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)耦合器后分為兩束光，其中的一束光進(jìn)入電光相位調(diào)制器（Y波導(dǎo)），經(jīng)過(guò)Y波導(dǎo)的內(nèi)部調(diào)節(jié)后輸出的兩束光為滿(mǎn)足光的相干條件，這兩束光在光纖環(huán)中相向傳播，感應(yīng)外部的角速度運(yùn)動(dòng)，在探測(cè)器處檢測(cè)干涉信號(hào)光強(qiáng)變化，經(jīng)過(guò)光電信號(hào)處理轉(zhuǎn)換之后，形成閉環(huán)反饋電壓信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)Y波導(dǎo)，使Y波導(dǎo)產(chǎn)生與外部Sagnac相移大小相等方向相反的反饋相移，使數(shù)字閉環(huán)光纖陀螺始終工作在零點(diǎn)相移附近，在數(shù)據(jù)處理的同時(shí)即可以獲取外部的角速度信息。干涉式光纖陀螺基本原理光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)耦6信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)Φb必須和預(yù)定的靈敏度一樣穩(wěn)定！信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)Φb必須和預(yù)定的靈敏度一樣穩(wěn)定！7“互易性偏置調(diào)制—解調(diào)”在光纖線(xiàn)圈的一端放置一個(gè)互易性相位調(diào)制器作為時(shí)延線(xiàn)，可完全克服相位偏置的漂移問(wèn)題。由于互易性，兩束干涉波受到完全相同的相位調(diào)制，但不同時(shí)，其時(shí)延等于調(diào)制器和分束器之間的長(zhǎng)、短光路的群傳輸時(shí)間之差τ。信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)“互易性偏置調(diào)制—解調(diào)”在光纖線(xiàn)圈的一端放置一8于是，干涉信號(hào)變?yōu)椋哼@種方法可以用一個(gè)方波調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)，即，其中方波的半周期等于τ，從而產(chǎn)生一個(gè)的偏置調(diào)制。靜止時(shí)，方波的兩種調(diào)制態(tài)給出相同的信號(hào)：旋轉(zhuǎn)時(shí)，則有：兩種調(diào)制態(tài)之差變?yōu)椋盒盘?hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)于是，干涉信號(hào)變?yōu)椋哼@種方法可以用一個(gè)方波調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)，即9

0It0t偏置調(diào)制光強(qiáng)響應(yīng)檢測(cè)光強(qiáng)信號(hào)靜止旋轉(zhuǎn)信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)0It0t偏置調(diào)制光強(qiáng)響應(yīng)檢測(cè)光強(qiáng)信號(hào)靜止旋10用鎖定放大器對(duì)探測(cè)器信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，可以測(cè)量這個(gè)“偏置”信號(hào)ΔΙ，當(dāng)時(shí)有最大靈敏度，此時(shí)。由于這種調(diào)制—解調(diào)方法能夠產(chǎn)生一個(gè)具有穩(wěn)定偏置的正弦響應(yīng)(未加調(diào)制的余弦響應(yīng)的導(dǎo)數(shù))，目前已經(jīng)作為最佳的偏置技術(shù)被廣泛采納。穩(wěn)定的零點(diǎn)信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)用鎖定放大器對(duì)探測(cè)器信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，可以測(cè)量這個(gè)“偏置”信號(hào)Δ110tV0tΔφm0tφm信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)0tV0tΔφm0tφm信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)12偏置調(diào)制狀態(tài)選擇的依據(jù)：最佳性能來(lái)自于最佳的信噪比；考慮理論光子噪聲及探測(cè)器熱噪聲，偏置工作點(diǎn)可以選在之間，不會(huì)削弱信噪比。信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)偏置調(diào)制狀態(tài)選擇的依據(jù)：信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)13信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)四狀態(tài)——信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)四狀態(tài)——14閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)前面描述的調(diào)制—解調(diào)檢測(cè)方案能夠保持環(huán)形干涉儀的互易性，因而可以得到很好的零偏性能。當(dāng)然，倘若高性能光纖陀螺儀必須有一個(gè)穩(wěn)定的和低噪聲的零偏，它也同樣需要在整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)而不僅僅在零點(diǎn)附近具有好的精度。

重要的測(cè)量參數(shù)是旋轉(zhuǎn)的積分角位移而不只是速率，任何過(guò)去的誤差都將影響未來(lái)的信息。這一約束意味著，在任何速率上都需要一個(gè)精確的測(cè)量值（也即要有一個(gè)精確的標(biāo)度因數(shù)）。這就是說(shuō)，干涉儀的固有響應(yīng)是正弦型的，而所需的陀螺儀速率響應(yīng)信號(hào)應(yīng)是線(xiàn)性的。這個(gè)問(wèn)題可以采用閉環(huán)信號(hào)處理方法來(lái)解決。閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)前面描述的調(diào)制—解調(diào)檢測(cè)方案15解調(diào)出的偏置信號(hào)（或開(kāi)環(huán)信號(hào)）作為一個(gè)誤差信號(hào)反饋回系統(tǒng)中，以產(chǎn)生一個(gè)附加的反饋相位差ΔφFB。ΔφFB與旋轉(zhuǎn)引起的相位差ΔφS大小相等、符號(hào)相反，總的相位差ΔφT=ΔφS+ΔφFB被司服控制在零位上。在這種閉環(huán)方案中，新的測(cè)量信號(hào)是反饋相位，它與反饋的光功率和檢測(cè)通道的增益無(wú)關(guān)，這樣就得到了一個(gè)穩(wěn)定性好的線(xiàn)性響應(yīng)。旋轉(zhuǎn)速率的測(cè)量值變?yōu)椋洪]環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)解調(diào)出的偏置信號(hào)（或開(kāi)環(huán)信號(hào)）作為一個(gè)誤16閉環(huán)工作的原始方案之一：利用頻移——由聲光調(diào)制器（AOM）也稱(chēng)為布喇格元件產(chǎn)生頻移。事實(shí)上，薩格奈克效應(yīng)可以用線(xiàn)圈分束器上的多普勒效應(yīng)來(lái)解釋?zhuān)@樣，位于線(xiàn)圈一端的頻移器可以使薩格奈克效應(yīng)的多普勒頻移置零。穩(wěn)定性！閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)閉環(huán)工作的原始方案之一：利用頻移——由聲光調(diào)制17原始方案二：模擬相位斜波——鋸齒波調(diào)制通過(guò)采用一個(gè)線(xiàn)性相位斜波，可以克服聲光頻移器的穩(wěn)定性問(wèn)題。頻率是相位的導(dǎo)數(shù)，運(yùn)用一個(gè)相位調(diào)制器來(lái)代替頻移器施加相位斜波調(diào)制（其中是斜率），等價(jià)于一個(gè)頻移。這種處理方案允許在零點(diǎn)附近正向或負(fù)向工作（與斜波斜率的符號(hào)關(guān)）。實(shí)際上，鋸齒波調(diào)制波形在復(fù)位時(shí)必須具有很快的回掃時(shí)間。它要求相位調(diào)制器在很大的帶寬內(nèi)具有平坦的調(diào)制效率。閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)原始方案二：模擬相位斜波——鋸齒波調(diào)制閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)18設(shè)想，當(dāng)處理回路為閉環(huán)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)斜率補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)引起的相位差，使總的相位差為零：鋸齒波復(fù)位高度必須等于干涉儀的響應(yīng)周期2πrad，否則這種復(fù)位會(huì)引起誤差。也即：復(fù)位后，由零變?yōu)椤ｉ]環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)設(shè)想，當(dāng)處理回路為閉環(huán)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)斜率19復(fù)位誤差為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，考慮干涉儀施加偏置后的正弦響應(yīng)。當(dāng)時(shí)信號(hào)為零，但在每個(gè)復(fù)位后的時(shí)間τ內(nèi)，信號(hào)變?yōu)椤＿@種寄生信號(hào)可以作為一個(gè)方便的誤差信號(hào)，用于在每個(gè)復(fù)位觸發(fā)第二個(gè)反饋回路，以檢驗(yàn)相位調(diào)制器的調(diào)制效率。閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)復(fù)位誤差閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)20采用第二個(gè)處理回路，復(fù)位被精確地控制在2π上，因此正、負(fù)復(fù)位的計(jì)數(shù)提供了旋轉(zhuǎn)角的精確測(cè)量。由于，斜率與旋轉(zhuǎn)速率Ω成正比：這種模擬相位斜波反饋方案看起來(lái)很有吸引力，但它需要很短的和非常穩(wěn)定的回掃時(shí)間，才能得到很高的標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性和線(xiàn)性度。一般地，10ppm的標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性要求回掃時(shí)間小于光纖環(huán)傳輸時(shí)間的1%（也即小于幾十納秒）。閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)采用第二個(gè)處理回路，復(fù)位被精確地控制在2π上，21現(xiàn)用方案——數(shù)字相位斜波利用數(shù)字方法很容易解決模擬相位斜波反饋的回掃問(wèn)題?！皵?shù)字相位斜波”產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)時(shí)間等于τ的相位臺(tái)階，取代連續(xù)斜波。由于光纖環(huán)圈的延遲，數(shù)字相位斜波引起的相位差為常數(shù)，且等于臺(tái)階高度。這些相位臺(tái)階和復(fù)位可以與方波偏置調(diào)制同步：方波半周期等于τ。相位臺(tái)階的幅值通過(guò)相位置零反饋回路來(lái)設(shè)置，與旋轉(zhuǎn)引起的薩格奈克相位差大小相等、符號(hào)相反：這個(gè)值給出的是旋轉(zhuǎn)速率的線(xiàn)性讀出值。閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)現(xiàn)用方案——數(shù)字相位斜波閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)22閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)23數(shù)字相位斜波的產(chǎn)生：數(shù)字寄存器容納相位臺(tái)階的數(shù)字值DJ,其動(dòng)態(tài)范圍可以很大（大于25位）。數(shù)字積分器產(chǎn)生階梯斜波的數(shù)字值DR。一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器和一個(gè)緩沖放大器產(chǎn)生相位調(diào)制器的模擬驅(qū)動(dòng)電壓。對(duì)于N位的D/A，可以在的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)把數(shù)字量D轉(zhuǎn)化為一個(gè)模擬電壓，其中VLSB是與最低有效位（LSB）對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓。當(dāng)DR大于時(shí)，自動(dòng)溢出產(chǎn)生的電壓等于。如果調(diào)節(jié)調(diào)制通道的增益，使?jié)M足：其中Vπ是產(chǎn)生πrad相移的電壓，此時(shí)溢出自動(dòng)地產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位，它等效于模擬斜波的2π復(fù)位，因而不會(huì)產(chǎn)生任何標(biāo)度因數(shù)誤差。這種自動(dòng)溢出可以采用一個(gè)相位斜波，也可以采用相位斜波和方波調(diào)制的數(shù)字和。這允許Y分支的兩個(gè)調(diào)制器采用推挽連接，減少他們的整體非線(xiàn)性誤差。數(shù)字相位斜波的真正“魅力”，是運(yùn)用數(shù)字邏輯和D/A轉(zhuǎn)換器，對(duì)任何臺(tái)階值，都能通過(guò)轉(zhuǎn)換器的自動(dòng)溢出，自然產(chǎn)生一個(gè)合適的同步復(fù)位。這樣可以非常容易地實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)有效的技術(shù)。閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)數(shù)字相位斜波的產(chǎn)生：數(shù)字相位斜波的真正“魅力”24數(shù)字相位斜波技術(shù)優(yōu)勢(shì)：在數(shù)字方案中，復(fù)位和臺(tái)階都與時(shí)鐘時(shí)間τ同步。這樣，通過(guò)在每次回掃時(shí)觸發(fā)第二個(gè)反饋回路，放寬了將的值精確控制為2π的要求。由于第二個(gè)反饋回路也與τ同步，因此不受方波調(diào)制的瞬態(tài)過(guò)程的干擾。2.盡管從2πrad到0.1μrad的分辨率之間實(shí)際的動(dòng)態(tài)范圍高達(dá)26位，但數(shù)字相位斜波不需要位數(shù)很大的D/A轉(zhuǎn)換器！（對(duì)D/A轉(zhuǎn)換器的一般性能要求是線(xiàn)性度誤差小于一個(gè)LSB。）3.實(shí)時(shí)速率測(cè)量值是相位臺(tái)階的數(shù)字值DJ，存儲(chǔ)在數(shù)字邏輯電路的寄存器中。用來(lái)驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)鐘必須與光纖線(xiàn)圈的傳輸時(shí)間τ近似匹配，以便于限制瞬時(shí)脈沖的寬度，但臺(tái)階值與τ沒(méi)有直接關(guān)系。當(dāng)τ變化時(shí)，會(huì)輕微地改變選通的瞬時(shí)脈沖的寬度，而反饋臺(tái)階的值保持不變。利用數(shù)字斜波和一個(gè)穩(wěn)定的電子時(shí)鐘，標(biāo)度因數(shù)基本上只與線(xiàn)圈幾何長(zhǎng)度上的薩格奈克效應(yīng)有關(guān)，而與折射率沒(méi)有關(guān)系。4.數(shù)字斜波方法允許將動(dòng)態(tài)范圍很容易地?cái)U(kuò)展到幾個(gè)條紋。存儲(chǔ)在寄存器中的相位臺(tái)階幅值可以對(duì)應(yīng)著大于±πrad的相位，D/A轉(zhuǎn)換器的溢出自動(dòng)把實(shí)際的相位調(diào)制范圍限制在小于2π。閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)數(shù)字相位斜波技術(shù)優(yōu)勢(shì)：閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)25閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)2610.相信教練的話(huà)一定有道理。3.今天我在這兒發(fā)現(xiàn)很多選手有這么一個(gè)趨勢(shì)，數(shù)字張嘴就來(lái)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)思考，沒(méi)有經(jīng)過(guò)真實(shí)的東西，要把自己真實(shí)的數(shù)字說(shuō)出來(lái)。2.問(wèn)題永遠(yuǎn)在自己身上。9.也許我的點(diǎn)評(píng)有點(diǎn)苛刻，但是說(shuō)的都是真話(huà)。1.人生遇到的每個(gè)人，出場(chǎng)順序真的很重要，很多人如果換一個(gè)時(shí)間認(rèn)識(shí)，就會(huì)有不同的結(jié)局。有些愛(ài)，只能止于唇齒，掩于歲月。9.忽視當(dāng)前一剎那的人，等于虛擲了他所有的一切。---富蘭克林(美國(guó))4.智者一切求自己，愚者一切求他人。15.恐懼自己受苦的人，已經(jīng)因?yàn)樽约旱目謶衷谑芸唷?0.成功不是將來(lái)才有的，而是從決定去做的那一刻起，持續(xù)累積而成。6.人的痛苦只能在生活和勞動(dòng)中慢慢消磨掉，但朋友，沒(méi)有什么靈丹妙藥比得上勞動(dòng)更能醫(yī)治人的精神創(chuàng)傷。26、只要路是對(duì)的，就不怕路遠(yuǎn)。10.成功的法則極為簡(jiǎn)單，但簡(jiǎn)單并不代表容易。8.沒(méi)有退路時(shí)潛能就發(fā)揮出來(lái)了。10.狂妄的人有救，自卑的人沒(méi)有救。17.不是某人使我煩惱，而是我拿某人的言行來(lái)煩惱自己。5.人生太短暫了，事情是這樣的多，能不兼程而進(jìn)嗎?5.人一般的時(shí)候眼睛是黑的，心是紅的?？僧?dāng)眼睛的紅的時(shí)候心就黑了。2、如果寒暄只是打個(gè)招呼就了事的話(huà)，那與猴子的呼叫聲有什么不同呢?事實(shí)上，正確的寒暄必須在短短一句話(huà)中明顯地表露出你他的關(guān)懷。16.我從來(lái)不認(rèn)為半小時(shí)是我微不足道的很小的一段時(shí)間。15.學(xué)會(huì)忘記痛苦，為陽(yáng)光記憶騰出空間。1.肉體是精神居住的花園，意志則是這個(gè)花園的園丁。意志既能使肉體“貧瘠”下去，又能用勤勞使它“肥沃”起來(lái)。11.人的品格可能在重要時(shí)刻才表現(xiàn)出來(lái)，但絕對(duì)是在無(wú)關(guān)緊要時(shí)形成的。15.恐懼自己受苦的人，已經(jīng)因?yàn)樽约旱目謶衷谑芸唷?0.相信教練的話(huà)一定有道理。27光纖陀螺原理光纖陀螺原理28研討內(nèi)容：干涉式光纖陀螺基本原理簡(jiǎn)介；信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)；閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)；基于FPGA的信號(hào)處理及時(shí)序控制；信號(hào)處理電路板介紹；FPGA程序介紹。研討內(nèi)容：干涉式光纖陀螺基本原理簡(jiǎn)介；29干涉式光纖陀螺基本原理等價(jià)的概念：

環(huán)形干涉儀——光纖陀螺光纖線(xiàn)圈——光纖環(huán)相位調(diào)制器——Y波導(dǎo)（Y分支）群傳輸時(shí)間——渡越時(shí)間薩格奈克相位差——Sagnac——干涉式光纖陀螺基本原理等價(jià)的概念：30干涉式光纖陀螺基本原理光纖陀螺基于薩格奈克（Sagnac）效應(yīng)，即當(dāng)環(huán)形干涉儀旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)正比于旋轉(zhuǎn)速率的相位差。

干涉式光纖陀螺基本原理光纖陀螺基于薩格奈克（31 干涉型光纖陀螺（I-FOG）就是一個(gè)光纖Sagnac干涉儀，它利用干涉測(cè)量技術(shù)把相位調(diào)制光轉(zhuǎn)變?yōu)檎穹{(diào)制光；把光相位的直接測(cè)量變?yōu)楣鈴?qiáng)度的測(cè)量，從而較簡(jiǎn)單地測(cè)出Sagnac相位變化。光纖陀螺中Sagnac相位差的響應(yīng)（光強(qiáng)I）為ΔΦS的余弦函數(shù)：干涉式光纖陀螺基本原理 干涉型光纖陀螺（I-FOG）就是一個(gè)光纖Sagna32干涉式光纖陀螺基本原理

光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)耦合器后分為兩束光，其中的一束光進(jìn)入電光相位調(diào)制器（Y波導(dǎo)），經(jīng)過(guò)Y波導(dǎo)的內(nèi)部調(diào)節(jié)后輸出的兩束光為滿(mǎn)足光的相干條件，這兩束光在光纖環(huán)中相向傳播，感應(yīng)外部的角速度運(yùn)動(dòng)，在探測(cè)器處檢測(cè)干涉信號(hào)光強(qiáng)變化，經(jīng)過(guò)光電信號(hào)處理轉(zhuǎn)換之后，形成閉環(huán)反饋電壓信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)Y波導(dǎo)，使Y波導(dǎo)產(chǎn)生與外部Sagnac相移大小相等方向相反的反饋相移，使數(shù)字閉環(huán)光纖陀螺始終工作在零點(diǎn)相移附近，在數(shù)據(jù)處理的同時(shí)即可以獲取外部的角速度信息。干涉式光纖陀螺基本原理光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)耦33信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)Φb必須和預(yù)定的靈敏度一樣穩(wěn)定！信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)Φb必須和預(yù)定的靈敏度一樣穩(wěn)定！34“互易性偏置調(diào)制—解調(diào)”在光纖線(xiàn)圈的一端放置一個(gè)互易性相位調(diào)制器作為時(shí)延線(xiàn)，可完全克服相位偏置的漂移問(wèn)題。由于互易性，兩束干涉波受到完全相同的相位調(diào)制，但不同時(shí)，其時(shí)延等于調(diào)制器和分束器之間的長(zhǎng)、短光路的群傳輸時(shí)間之差τ。信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)“互易性偏置調(diào)制—解調(diào)”在光纖線(xiàn)圈的一端放置一35于是，干涉信號(hào)變?yōu)椋哼@種方法可以用一個(gè)方波調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)，即，其中方波的半周期等于τ，從而產(chǎn)生一個(gè)的偏置調(diào)制。靜止時(shí)，方波的兩種調(diào)制態(tài)給出相同的信號(hào)：旋轉(zhuǎn)時(shí)，則有：兩種調(diào)制態(tài)之差變?yōu)椋盒盘?hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)于是，干涉信號(hào)變?yōu)椋哼@種方法可以用一個(gè)方波調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)，即36

0It0t偏置調(diào)制光強(qiáng)響應(yīng)檢測(cè)光強(qiáng)信號(hào)靜止旋轉(zhuǎn)信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)0It0t偏置調(diào)制光強(qiáng)響應(yīng)檢測(cè)光強(qiáng)信號(hào)靜止旋37用鎖定放大器對(duì)探測(cè)器信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，可以測(cè)量這個(gè)“偏置”信號(hào)ΔΙ，當(dāng)時(shí)有最大靈敏度，此時(shí)。由于這種調(diào)制—解調(diào)方法能夠產(chǎn)生一個(gè)具有穩(wěn)定偏置的正弦響應(yīng)(未加調(diào)制的余弦響應(yīng)的導(dǎo)數(shù))，目前已經(jīng)作為最佳的偏置技術(shù)被廣泛采納。穩(wěn)定的零點(diǎn)信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)用鎖定放大器對(duì)探測(cè)器信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，可以測(cè)量這個(gè)“偏置”信號(hào)Δ380tV0tΔφm0tφm信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)0tV0tΔφm0tφm信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)39偏置調(diào)制狀態(tài)選擇的依據(jù)：最佳性能來(lái)自于最佳的信噪比；考慮理論光子噪聲及探測(cè)器熱噪聲，偏置工作點(diǎn)可以選在之間，不會(huì)削弱信噪比。信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)偏置調(diào)制狀態(tài)選擇的依據(jù)：信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)40信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)四狀態(tài)——信號(hào)的偏置調(diào)制與解調(diào)四狀態(tài)——41閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)前面描述的調(diào)制—解調(diào)檢測(cè)方案能夠保持環(huán)形干涉儀的互易性，因而可以得到很好的零偏性能。當(dāng)然，倘若高性能光纖陀螺儀必須有一個(gè)穩(wěn)定的和低噪聲的零偏，它也同樣需要在整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)而不僅僅在零點(diǎn)附近具有好的精度。

重要的測(cè)量參數(shù)是旋轉(zhuǎn)的積分角位移而不只是速率，任何過(guò)去的誤差都將影響未來(lái)的信息。這一約束意味著，在任何速率上都需要一個(gè)精確的測(cè)量值（也即要有一個(gè)精確的標(biāo)度因數(shù)）。這就是說(shuō)，干涉儀的固有響應(yīng)是正弦型的，而所需的陀螺儀速率響應(yīng)信號(hào)應(yīng)是線(xiàn)性的。這個(gè)問(wèn)題可以采用閉環(huán)信號(hào)處理方法來(lái)解決。閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)前面描述的調(diào)制—解調(diào)檢測(cè)方案42解調(diào)出的偏置信號(hào)（或開(kāi)環(huán)信號(hào)）作為一個(gè)誤差信號(hào)反饋回系統(tǒng)中，以產(chǎn)生一個(gè)附加的反饋相位差ΔφFB。ΔφFB與旋轉(zhuǎn)引起的相位差ΔφS大小相等、符號(hào)相反，總的相位差ΔφT=ΔφS+ΔφFB被司服控制在零位上。在這種閉環(huán)方案中，新的測(cè)量信號(hào)是反饋相位，它與反饋的光功率和檢測(cè)通道的增益無(wú)關(guān)，這樣就得到了一個(gè)穩(wěn)定性好的線(xiàn)性響應(yīng)。旋轉(zhuǎn)速率的測(cè)量值變?yōu)椋洪]環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)解調(diào)出的偏置信號(hào)（或開(kāi)環(huán)信號(hào)）作為一個(gè)誤43閉環(huán)工作的原始方案之一：利用頻移——由聲光調(diào)制器（AOM）也稱(chēng)為布喇格元件產(chǎn)生頻移。事實(shí)上，薩格奈克效應(yīng)可以用線(xiàn)圈分束器上的多普勒效應(yīng)來(lái)解釋?zhuān)@樣，位于線(xiàn)圈一端的頻移器可以使薩格奈克效應(yīng)的多普勒頻移置零。穩(wěn)定性！閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)閉環(huán)工作的原始方案之一：利用頻移——由聲光調(diào)制44原始方案二：模擬相位斜波——鋸齒波調(diào)制通過(guò)采用一個(gè)線(xiàn)性相位斜波，可以克服聲光頻移器的穩(wěn)定性問(wèn)題。頻率是相位的導(dǎo)數(shù)，運(yùn)用一個(gè)相位調(diào)制器來(lái)代替頻移器施加相位斜波調(diào)制（其中是斜率），等價(jià)于一個(gè)頻移。這種處理方案允許在零點(diǎn)附近正向或負(fù)向工作（與斜波斜率的符號(hào)關(guān)）。實(shí)際上，鋸齒波調(diào)制波形在復(fù)位時(shí)必須具有很快的回掃時(shí)間。它要求相位調(diào)制器在很大的帶寬內(nèi)具有平坦的調(diào)制效率。閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)原始方案二：模擬相位斜波——鋸齒波調(diào)制閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)45設(shè)想，當(dāng)處理回路為閉環(huán)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)斜率補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)引起的相位差，使總的相位差為零：鋸齒波復(fù)位高度必須等于干涉儀的響應(yīng)周期2πrad，否則這種復(fù)位會(huì)引起誤差。也即：復(fù)位后，由零變?yōu)椤ｉ]環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)設(shè)想，當(dāng)處理回路為閉環(huán)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)斜率46復(fù)位誤差為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，考慮干涉儀施加偏置后的正弦響應(yīng)。當(dāng)時(shí)信號(hào)為零，但在每個(gè)復(fù)位后的時(shí)間τ內(nèi)，信號(hào)變?yōu)?。這種寄生信號(hào)可以作為一個(gè)方便的誤差信號(hào)，用于在每個(gè)復(fù)位觸發(fā)第二個(gè)反饋回路，以檢驗(yàn)相位調(diào)制器的調(diào)制效率。閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)復(fù)位誤差閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)47采用第二個(gè)處理回路，復(fù)位被精確地控制在2π上，因此正、負(fù)復(fù)位的計(jì)數(shù)提供了旋轉(zhuǎn)角的精確測(cè)量。由于，斜率與旋轉(zhuǎn)速率Ω成正比：這種模擬相位斜波反饋方案看起來(lái)很有吸引力，但它需要很短的和非常穩(wěn)定的回掃時(shí)間，才能得到很高的標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性和線(xiàn)性度。一般地，10ppm的標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性要求回掃時(shí)間小于光纖環(huán)傳輸時(shí)間的1%（也即小于幾十納秒）。閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)采用第二個(gè)處理回路，復(fù)位被精確地控制在2π上，48現(xiàn)用方案——數(shù)字相位斜波利用數(shù)字方法很容易解決模擬相位斜波反饋的回掃問(wèn)題?！皵?shù)字相位斜波”產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)時(shí)間等于τ的相位臺(tái)階，取代連續(xù)斜波。由于光纖環(huán)圈的延遲，數(shù)字相位斜波引起的相位差為常數(shù)，且等于臺(tái)階高度。這些相位臺(tái)階和復(fù)位可以與方波偏置調(diào)制同步：方波半周期等于τ。相位臺(tái)階的幅值通過(guò)相位置零反饋回路來(lái)設(shè)置，與旋轉(zhuǎn)引起的薩格奈克相位差大小相等、符號(hào)相反：這個(gè)值給出的是旋轉(zhuǎn)速率的線(xiàn)性讀出值。閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)現(xiàn)用方案——數(shù)字相位斜波閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)49閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)50數(shù)字相位斜波的產(chǎn)生：數(shù)字寄存器容納相位臺(tái)階的數(shù)字值DJ,其動(dòng)態(tài)范圍可以很大（大于25位）。數(shù)字積分器產(chǎn)生階梯斜波的數(shù)字值DR。一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器和一個(gè)緩沖放大器產(chǎn)生相位調(diào)制器的模擬驅(qū)動(dòng)電壓。對(duì)于N位的D/A，可以在的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)把數(shù)字量D轉(zhuǎn)化為一個(gè)模擬電壓，其中VLSB是與最低有效位（LSB）對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓。當(dāng)DR大于時(shí)，自動(dòng)溢出產(chǎn)生的電壓等于。如果調(diào)節(jié)調(diào)制通道的增益，使?jié)M足：其中Vπ是產(chǎn)生πrad相移的電壓，此時(shí)溢出自動(dòng)地產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位，它等效于模擬斜波的2π復(fù)位，因而不會(huì)產(chǎn)生任何標(biāo)度因數(shù)誤差。這種自動(dòng)溢出可以采用一個(gè)相位斜波，也可以采用相位斜波和方波調(diào)制的數(shù)字和。這允許Y分支的兩個(gè)調(diào)制器采用推挽連接，減少他們的整體非線(xiàn)性誤差。數(shù)字相位斜波的真正“魅力”，是運(yùn)用數(shù)字邏輯和D/A轉(zhuǎn)換器，對(duì)任何臺(tái)階值，都能通過(guò)轉(zhuǎn)換器的自動(dòng)溢出，自然產(chǎn)生一個(gè)合適的同步復(fù)位。這樣可以非常容易地實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)有效的技術(shù)。閉環(huán)工作方案與實(shí)現(xiàn)數(shù)字相位斜波的產(chǎn)生：數(shù)字相位斜波的真正“魅力”51數(shù)字相位斜波技術(shù)優(yōu)勢(shì)：在數(shù)字方案中，復(fù)位和臺(tái)階都與時(shí)鐘時(shí)間τ同步。這樣，通過(guò)在每次回掃時(shí)觸發(fā)第二個(gè)反饋回路，放寬了將的值精確控制為2π的要求。由于第二個(gè)反饋回路也與τ同步，因此不受方波調(diào)制的瞬態(tài)過(guò)程的干擾。2.盡管從2πrad到0.1μrad的分辨率之間實(shí)際的動(dòng)態(tài)范圍高達(dá)26位，但數(shù)字相位斜波不需要位數(shù)很大的D/A