一种多轴硅光子陀螺轴间串扰抑制方法与装置与流程

本发明属于光学陀螺，具体涉及一种多轴硅光子陀螺轴间串扰抑制方法与装置。

背景技术：

1、随着技术发展和领域拓展，干涉式光纤陀螺逐步向着小型化、低成本方向发展，传统纤陀螺的小型化、低成本发展面临巨大挑战，主要限制因素在于传统多轴(双轴、三轴等)光纤陀螺光路包含多个分立光学器件、多达十余个熔点和尾纤需要处理，造成中低精度三轴光纤陀螺工序复杂、体积大、成本高、成品率低。近年来，硅基集成光学芯片取得突破并且在通信领域获得广泛应用，为光纤陀螺实现集成化与小型化提供了新的思路：将传统光纤陀螺中的分立光学器件用集成光学芯片取代，其体积-重量-成本-功耗等将会大幅降低，因此硅光子陀螺成为了惯性器件重要发展方向。

2、目前多轴硅光子陀螺鲜有报道，除了多轴光学芯片的设计加工等存在很大难度以外，多通道光路在探测器端的轴间串扰也将严重制约陀螺精度，具体表现在多轴光学芯片(以三轴为例)上x、y、z轴pin-fet接收组件在实际工作中，由于绝对时间常数难以与晶振分频时钟完全对应，导致x轴pin-fet接收组件的尖峰脉冲对y/z轴pin-fet接收组件的平直段产生电压串扰，与此同时，y、z轴pin-fet接收组件也会对x/z轴和x/y轴pin-fet接收组件产生电压串扰，导致多轴硅光子陀螺精度劣化。根据串扰程度的不同，陀螺精度通常会劣化2-5倍，迫切需要针对多轴硅光子陀螺的轴间串扰问题，提出一种有效的噪声抑制方法和装置，提升多硅光子陀螺性能。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的多轴硅光子陀螺普遍存在的轴间串扰问题，本发明提供了一种多轴硅光子陀螺轴间串扰抑制方法与装置。

2、本发明解决上述技术问题采用的技术方案如下：

3、作为本发明的一方面，提供了一种多轴硅光子陀螺轴间串扰抑制方法，所述硅光子陀螺至少包括两轴，每一轴对应一条通道，所述轴间串扰抑制方法包括如下步骤：

4、s1、连接硅光子陀螺的光路和电路，每一条通道相位调制器的调制电极连接一个独立的信号发生器，每一条通道的探测器输出连接示波器；

5、s2、控制每一个信号发生器给调制电极施加方波调制信号；

6、s3、调节每个信号发生器输出方波调制信号的频率，使得该通道的探测器输出主信号波形；

7、s4、通过示波器采集每一条通道采样区间收到的其他任一通道的串扰幅值、上升时延；

8、s5、确定每一条通道收到的其他任一通道的串扰特征参数，所述的串扰特征参数包括至少一组，每一组串扰特征参数包括串扰幅值的数字量、上升时延的采样点个数；

9、s6、将信号发生器换成信号检测输出调制信号；

10、s7、对于每一条通道，判断探测器的输出信号与他任一通道的串扰特征参数的相似程度，进而判定该输出信号是否为串扰信号；

11、s8、若判定为串扰信号，硅光子陀螺输出数据采用借位累加，借用上一位采样数据作为本次的累加数据；若判定为非串扰信号，硅光子陀螺输出数据采用数字累加，采用本位次数据作为累加数据。

12、进一步地，所述的串扰幅值的数字量的计算方法为：

13、

14、其中，r为用于串扰采集的adc的位数，vadc为采集adc的满幅值数字输出，表示m轴受到n轴的串扰幅值的数字量，v串扰_mn表示m轴受到n轴的串扰幅值，m、n分别为多轴硅光子陀螺的一轴，且m≠n；

15、所述的上升时延的采样点个数的计算方法为：

16、

17、其中，fadc为串扰采集的模数转换器的采样率，表示m轴受到n轴的串扰上升时延的采样点个数，t串扰_mn表示m轴受到n轴的串扰上升时延，m、n分别为多轴硅光子陀螺的一轴，且m≠n。

18、进一步地，所述步骤s7中判断探测器的输出信号与他任一通道的串扰特征参数的相似程度，进而判定该输出信号是否为串扰信号的具体方法为：

19、若输出信号的幅值在某一组串扰特征参数的串扰幅值的数字量的正负20％范围内，且输出信号的上升时延在该组串扰特征参数的上升时延的采样点个数的正负20％范围内，则判定信号为串扰信号，否则为非串扰信号。

20、进一步地，所述步骤s7中，若硅光子陀螺为三轴集成，则待测通道收到另外两个通道的两组串扰信号，两组串扰信号分别进行相似程度的判断。

21、进一步地，所述步骤s2中，所述的方波调制信号的幅度为该通道相位调制器的半波电压，所述的方波调制信号的初始频率为该通道光纤环圈的本征频率。

22、进一步地，所述步骤1还包括，所述的硅光子陀螺通电，记录每一个探测器非调制状态下的有光电压；所述步骤s3中主信号波形为尖峰脉冲信号，其尖峰电压最大值至少达到该通道探测器非调制状态下的有光电压的一半以上。

23、作为本发明的又一方面，提供了一种多轴硅光子陀螺轴间串扰抑制装置，所述硅光子陀螺至少包括两轴，所述轴间串扰抑制装置包括数字信号处理电路，所述数字信号处理电路设置在硅光子陀螺的信号检测电路上，包括数字滤波模块、轴间串扰抑制模块、信号解调模块，所述数字滤波模块用于接收各轴探测器输出信号进行滤波、噪声抑制，所述轴间串扰抑制模块用于对数字滤波模块输出的信号进行识别，判断是否为串扰信号，所述信号解调模块用于信号解调，输出各轴的陀螺数据。

24、进一步地，所述轴间串扰抑制模块包括高频时钟模块、串扰识别模块、串扰处理模块；所述高频时钟模块用于产生串扰采样的时钟信号；所述串扰识别模块用于确立待测轴向的串扰特征参数，根据待测轴向的主信号和串扰特征参数的相似程度，判断待测轴向信号为串扰信号或者非串扰信号，输出串扰处理命令字；所述串扰处理模块用于根据串扰处理命令字进行信号处理，对于串扰信号进行借位累加处理，对于非串扰信号进行数字累加处理。

25、进一步地，所述高频时钟模块本征频率在10mhz～100mhz范围内。

26、进一步地，所述数字信号处理电路还包括pi控制模块、调制信号模块，所pi控制模块用于对解调信号进行控制处理，与所述调制信号模块输出的阶梯波相加，分别作用于x轴、y轴和z轴通道的调制电极上。

27、本发明与现有技术相比的有益效果：

28、本发明提出一种多轴硅光子陀螺轴间串扰抑制方法与装置，通过在传统信号处理电路中引入轴间串扰检测模块，分析待测信号的幅度和时间信息，并与传统载体转速信号相分离，一旦检测到为轴间串扰，则采用规避采样算法加以抑制，不损失采样率并保证陀螺信噪比。采用该串扰抑制方法和装置，能够实现轴间串扰噪声的有效抑制，具有精准、快速、效果显著的技术特征。

29、本发明的串扰抑制方法，实现简单，便于工程应用，适用于批量硅光子陀螺的生产制造。

技术特征：

1.一种多轴硅光子陀螺轴间串扰抑制方法，其特征在于，所述硅光子陀螺至少包括两轴，每一轴对应一条通道，所述轴间串扰抑制方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的多轴硅光子陀螺轴间串扰抑制方法，其特征在于，所述的串扰幅值的数字量的计算方法为：

3.根据权利要求2所述的多轴硅光子陀螺轴间串扰抑制方法，其特征在于，所述步骤s7中判断探测器的输出信号与他任一通道的串扰特征参数的相似程度，进而判定该输出信号是否为串扰信号的具体方法为：

4.根据权利要求3所述的多轴硅光子陀螺轴间串扰抑制方法，其特征在于，所述步骤s7中，若硅光子陀螺为三轴集成，则待测通道收到另外两个通道的两组串扰信号，两组串扰信号分别进行相似程度的判断。

5.根据权利要求1所述的多轴硅光子陀螺轴间串扰抑制方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述的方波调制信号的幅度为该通道相位调制器的半波电压，所述的方波调制信号的初始频率为该通道光纤环圈的本征频率。

6.根据权利要求1所述的多轴硅光子陀螺轴间串扰抑制方法，其特征在于，所述步骤1还包括，给所述的硅光子陀螺通电，记录每一个探测器非调制状态下的有光电压；所述步骤s3中主信号波形为尖峰脉冲信号，其尖峰电压最大值至少达到该通道探测器非调制状态下的有光电压的一半以上。

7.一种多轴硅光子陀螺轴间串扰抑制装置，其特征在于，所述硅光子陀螺至少包括两轴，所述轴间串扰抑制装置包括数字信号处理电路，所述数字信号处理电路设置在所述硅光子陀螺的信号检测电路上，包括数字滤波模块、轴间串扰抑制模块、信号解调模块，所述数字滤波模块用于接收各轴探测器输出信号进行滤波、噪声抑制处理，所述轴间串扰抑制模块用于对数字滤波模块输出的信号进行识别，判断是否为串扰信号，所述信号解调模块用于信号解调，输出各轴的陀螺数据。

8.根据权利要求7所述的多轴硅光子陀螺轴间串扰抑制装置，其特征在于，所述轴间串扰抑制模块包括高频时钟模块、串扰识别模块、串扰处理模块；所述高频时钟模块用于产生串扰采样的时钟信号；所述串扰识别模块用于确定待测轴向的串扰特征参数，根据待测轴向信号和串扰特征参数的相似程度，判断待测轴向信号为串扰信号或者非串扰信号，输出串扰处理命令字；所述串扰处理模块用于根据串扰处理命令字进行信号处理，对于串扰信号进行借位累加处理，对于非串扰信号进行数字累加处理。

9.根据权利要求8所述的多轴硅光子陀螺轴间串扰抑制装置，其特征在于，所述高频时钟模块本征频率在10mhz～100mhz范围内。

10.根据权利要求7所述的多轴硅光子陀螺轴间串扰抑制装置，其特征在于，所述数字信号处理电路还包括pi控制模块、调制信号模块，所pi控制模块用于对解调信号进行控制处理，与所述调制信号模块输出的阶梯波相加，分别作用于x轴、y轴和z轴通道的调制电极上。

技术总结本发明提供了一种多轴硅光子陀螺轴间串扰抑制方法与装置，该串扰抑制方法包括：连接硅光子陀螺的光路和电路，每一条通道相位调制器的调制电极连接一个独立的信号发生器，每一条通道的探测器输出连接示波器；控制每一个信号发生器给调制电极施加方波调制信号；调节每个信号发生器输出方波调制信号的频率，使得该通道的探测器输出主信号波形；通过示波器采集每一条通道采样区间收到的其他任一通道的串扰幅值、上升时延；确定每一条通道收到的其他任一通道的串扰特征参数；将信号发生器换成信号检测输出调制信号；对于每一条通道，判断探测器的输出信号与其他任一通道的串扰特征参数的相似程度，进而判定该输出信号是否为串扰信号；对于串扰信号采用借位累加，对于非串扰信号采用数字累加。采用该串扰抑制方法和装置，能够实现多轴硅光子陀螺轴间串扰噪声的有效抑制。技术研发人员：尚克军,雷明,李豪伟,魏少眸,赵晖,张丽哲受保护的技术使用者：北京自动化控制设备研究所技术研发日：技术公布日：2024/8/16