用于干涉型光纖陀螺的陀螺速率計算的制作方法
【技術領域】
[0001] 本公開涉及用于干涉型光纖陀螺（interferometric fiber optic gyro)的陀螺 速率（gyro rate)計算的方法和系統。
【背景技術】
[0002] 在干涉型光纖陀螺（IF0G)的操作期間，隨著時間的過去會增加相關偏移誤差 (drift-related error)。為了校正該相關偏移誤差，可以重新校準IF0G的比例因子（scale factor，換算系數）。
[0003] 在操作期間，可能發生使IF0G的性能劣化的事件。例如，使IF0G的光纖線圈變暗 的事件。為了補償這種劣化，可以重新校準IF0G的比例因子。
【發明內容】
[0004] 根據本文中的實施方式，提供了一種方法，該方法包括：將光學輸入以第一頻率并 且隨后以不同的第二頻率供應給干涉型光纖陀螺（IF0G);檢測IF0G對第一頻率和第二頻 率的光學輸入的響應的差值；并且計算作為該差值和校正項（correction term)的函數的 陀螺速率。
[0005] 根據本文中的另一個實施方式，提供了一種系統，該系統包括干涉型光纖陀螺 (IF0G);光纖光源（fiber optic light source)，用于將光學輸入以第一頻率并且隨后以 不同的第二頻率供應給IF0G ;光電檢測器（photodetector)，用于檢測IF0G對第一頻率和 第二頻率的光學輸入的響應；以及處理器，計算作為響應的差值和校正項的函數的陀螺速 率。
[0006] 根據本文中的另一個實施方式，提供了一種用于干涉型光纖陀螺（IF0G)的方法， 該方法包括：將已知速率應用到IF0G并且確定用于第一頻率和第二頻率的光學輸入的 IF0G比例因子；將光學輸入以第一頻率提供給IF0G并且檢測IF0G的第一響應；將光學輸 入切換為第二頻率并且檢測IF0G的第二響應；并且使用第一響應與第二響應之間的差值、 已知速率以及比例因子來確定IF0G校正項。該校正項表示IF0G的第一響應和第二響應中 的時間依賴誤差（time-dependent error)的總和。
[0007] 這些特征與功能可以在各種實施方式中獨立地實現或者可以結合在其他實施方 式中。參考以下描述和附圖可以了解實施方式的更多細節。
【附圖說明】
[0008] 圖1是包括干涉型光纖陀螺的系統的示圖。
[0009] 圖2是計算干涉型光纖陀螺中的陀螺速率的方法的示圖。
[0010] 圖3是在干涉型光纖陀螺的操作期間估計時間依賴誤差的方法的示圖。
【具體實施方式】
[0011] 參照圖1，干涉型光纖陀螺系統100包括干涉型光纖陀螺（IF0G) 110。IFOG 110可 包括光纖感測線圈112、光束分離光學件（beam splitting optics) 114和親合器116。該系 統100進一步包括將光學輸入提供給IF0G 110的光纖光源120。光束分離光學件114將光 學輸入分成在相對方向上通過感測線圈112傳播的兩個光束。當返回至進入的點時，這兩 個對向傳播的（counter-propagating)光束離開感測線圈112并通過光束分離光學件114 重新結合，并且經歷干涉。當存在圍繞感測線圈112的軸線旋轉時，兩個離開波束的相對相 位根據旋轉的角速度而偏移，并且因此，它們的干涉條紋的位置根據旋轉的角速度而偏移。 2 rrf η 這被稱為薩格納克（Sagnac)相移。薩格納克相移（Φ)可以被表示為 /u： 和D是感測線圈112的長度和直徑，λ是光源在真空中的平均波長并且Ω是陀螺速率。
[0012] 該系統100進一步包括用于檢測薩格納克相移的光電檢測器130。光電檢測器130 具有隨著光強度而變化的感應電壓。光電檢測器130的輸出信號（例如，感應電壓）通常 遵循離開感測線圈112的兩個波束之間的相位轉變的余弦函數（cosine)。
[0013] 光纖光源120被配置為將光學輸入以第一頻率并且隨后以切換成的第二頻率提 供給IF0G 110。例如，光纖光源120可以包括用于以第一頻率提供光的第一光源；用于以 第二頻率提供光的第二光源；以及用于在第一光源與第二光源之間切換光學輸入的光學開 關。光電檢測器130檢測兩個不同的相移（phase shift) (IF0G響應）。
[0014] 該系統100進一步包括用于響應于光電檢測器130的輸出而計算陀螺速率的處理 器140。該處理器140還可以控制光纖光源120在第一頻率與第二頻率之間切換光學輸入。
[0015] 另外參考圖2,其示出了使用系統100感測陀螺速率的方法。在塊210中，光纖光 源120將光學輸入以第一頻率并且然后以切換成的不同的第二頻率供應給IF0G 110。這產 生兩個不同的薩格納克相移。該光電檢測器130檢測IF0G 110的第一響應和第二響應。
[0016] 在塊220中，處理器140確定IF0G對光學輸入的響應的差值。可以通過測量表示 第一響應和第二響應的電壓上的差值來確定該響應的差值。
[0017] 在塊230中，處理器140基于該差值和校正項來計算陀螺速率。在以下等式（4) 中提供了用于計算陀螺速率的等式的實例。
[0018] 根據針對IF0G 110以第一頻率和第二頻率預先確定的第一比例因子和第二比例 因子預計算校正項。例如，可以在將IF0G 110投入服務之前在工廠中預計算比例因子和校 正項。
[0019] 在IF0G 110的操作期間，將隨著時間的過去改變偏置以及第一比例因子和第二 比例因子。影響因素包括輸入軸的變化、光纖劣化和溫度變化。對于傳統的IF0G來說，將 要求重新校準這些時間依賴誤差。而IF0G 110不是這樣的。只要第一比例因子和第二比 例因子的偏移粗略地相同，則校正項是穩定的，并且仍然可以計算作為差值和校正項的函 數的陀螺速率。即，可在沒有重新校準IF0G 110的情況下重復塊230中的功能。
[0020] 在IF0G 110的操作期間，可能發生使IF0G 110的性能劣化的事件。例如，使感測 線圈112變暗的事件。該事件將使第一比例因子和第二比例因子偏移相同。對于傳統的 IF0G來說，該事件將導致重新校準。而IF0G110不是這樣的。可在沒有重新校準IF0G 110 的情況下重復塊230中的功能。
[0021] 參考圖3。現在將描述確定校正項（C)的方法。該系統100可用于確定其自身的 校正項（C)。
[0022] 在塊310中，確定IFOG 110的第一比例因子和第二比例因子（SFJP SF2)。已知速 率可以被應用于IF0G 110,光纖光源120將光學輸入以第一頻率或者第二頻率或者f2) 提供給IF0G 110,光電檢測器130測量IF0G響應，并且處理器140使用模式來確定比例因 ?-ρ-i Γ) 子（SF^SF2)。例如，可以通過Ω求出比例因子。 AC
[0023] 在塊320中，光纖光源120將光學輸入以第一頻率況）提供給IF0G110,并且光 電檢測器130檢測IF0G 110的第一響應。然后，光纖光源120將光學輸入切換為第二頻率 (f2)，并且光電檢測器130檢測IF0G 110的第二響應。因此，光電檢測器130檢測兩個不 同的比例因子（SFJPSF2)的兩個不同的薩格納克相移。
[0024] 在塊330中，處理器140使用第一響應和第二響應之間的差值、已知速率以及比例 因子來確定IF0G 110的校正項（C)。如下可以求出用于計算校正項（C)的模式。
[0025]