CN103267521B - 采用单环两路双向谐振光载微波检测角速度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用单环两路双向谐振光载微波检测角速度的方法，它在单环两路双向谐振光载微波陀螺上实现，单环两路双向谐振光载微波陀螺包含两个共享同一光纤环的两路双向谐振光载微波角速度测量装置，构成四个光载微波振环路，两路角速度测量装置交替工作。本发明为了解决单路双向谐振光载微波角速度测量装置在锁频切换过程中出现测量不连续的难题，采用两路角速度测量装置交替工作的方式保证测量的连续性。本发明保证了角速度测量的连续性并提高了测量精度。

Description

采用单环两路双向谐振光载微波检测角速度的方法

技术领域

本发明涉及一种检测技术，尤其涉及一种采用双向谐振光载微波检测角速度的检测方法。

背景技术

在惯性导航领域，通常采用陀螺仪进行惯性角速度的测量。陀螺仪被广泛应用于空间飞行器、飞机、导弹、潜艇、舰船等制导控制，在军事、工业、科学等领域里的精密测量有重要作用。常见的高精度陀螺仪主要有三种类型：机械陀螺、激光陀螺和光纤陀螺。激光陀螺和光纤陀螺皆为光学陀螺仪，虽然稳定度还不及机械陀螺，但是具有结构紧凑、灵敏度高等特点，目前占据高精度陀螺的大部分市场份额。

光学陀螺检测角速度的原理基于萨格纳克效应。在闭合光路中，由同一光源发出的光需要同时沿顺时针和逆时针方向进行双向传输。由于顺时针和逆时针回路的光路相同，这两束光产生的光程差只源于角度变化。光程差将引起相位差或频率差。通过检测相位或频率差进行角速度检测。

采用光载微波进行角速度测量的陀螺同样需要实现双向的微波谐振，从而通过频率差进行角速度检测。目前没有单独的一个放大器可以实现电信号的双向放大，因此需要使用两套装置实现双向的微波谐振。这中间就存在电回路不完全相同的问题，从而引入非互易性误差，降低光载微波陀螺的精度。虽然采用交替将两回路中的一路震荡频率锁定在一个频率稳定性非常高的时钟基准源上可以消除光载微波陀螺的非互易性误差，但由于在锁频环路发生交换时，从切换开始起，直到重新锁频，需要花费一定的时间，尽管这段时间可以通过一些技术手段缩短，但无法彻底消除。这段时间由于谐振频率不稳定，无法得到高精度的角速度，将导致测量的空白区。

发明内容

本发明的目的在于针对采用光载微波测量角速度方法的不足，提供一种采用单环两路双向谐振光载微波检测角速度的方法。

本发明采用单环两路双向谐振光载微波检测角速度的方法在单环两路双向谐振光载微波陀螺上实现，所述单环两路双向谐振光载微波陀螺由光纤环形腔、第一双向谐振光载微波角速度检测装置、第二双向谐振光载微波角速度检测装置、第一光路光纤、第二光路光纤、第三耦合器、第四耦合器、第一绿光滤光片、第二绿光滤光片、第一红光滤光片、第二红光滤光片组成；其中第一双向谐振光载微波角速度检测装置与第二双向谐振光载微波角速度检测装置为两套独立的装置，其内部结构基本相同，均由由激光器、光分束器、第一电光调制器、第一光耦合器、频率调节器、第二光耦合器、第一光电探测器、第一电滤波器、第一微波功分器、第一电放大器、第二电光调制器、第二光电探测器、第二电滤波器、第二微波功分器、第二电放大器、差频检测电路、分频器、标准时间源、鉴相器、低通滤波器、第一2×2光开关、第二2×2光开关组成，唯一的区别在于第一双向谐振光载微波角速度检测装置的激光器产生红光，第二双向谐振光载微波角速度检测装置的激光器产生绿光。

在描述该方法的步骤前，先解释以下几个概念：

第一双向谐振光载微波角速度检测装置顺时针光环路锁频具体为：第一双向谐振光载微波角速度检测装置连接结构如附图2，激光器输出的红光经过光分束器，分为两束，一束沿顺时针方向送入第二电光调制器，经过调制后形成光载微波依次进入第一2×2光开关、第一光耦合器、频率调节器，然后进入第一光路光纤，接着依次进入第二红光滤光片、第四耦合器、光纤环形腔、第三耦合器、第一红光滤光片后再进入第一光路光纤，从第一光路光纤出射的光载微波再经过第二光耦合器进入第二2×2光开关，然后进入第二光电探测器将光信号转换成电信号，之后送入第二电滤波器，滤波后的微波电信号送入第二微波功分器，第二微波功分器有三路输出，第一路输出经过第二电放大器连接到第二电光调制器，形成一个顺时针正反馈振荡回路，第二路输出作为RF输出#2送入差频检测电路，第三路输出经过分频器分频后同标准时间源一同送入鉴相器，鉴相输出经过低通滤波器后连接到频率调节器，用于调节谐振频率，从而锁定第一双向谐振光载微波角速度检测装置顺时针正反馈振荡回路的谐振频率；光分束器分出的另一束光沿逆时针方向进入第一电光调制器，经过调制后形成光载微波依次进入第一2×2光开关、第二光耦合器后进入第一光路光纤，接着依次进入第一红光滤光片、第三耦合器、光纤环形腔、第四耦合器、第二红光滤光片后再进入第一光路光纤，从第一光路光纤出射的光载微波再经过频率调节器、第一光耦合器进入第二2×2光开关，然后进入第一光电探测器将光信号转换成电信号，之后送入第一电滤波器，滤波后的微波电信号送入第一微波功分器，第一微波功分器有两路输出，第一路输出经过电放大器连接到第一电光调制器，形成一个逆时针正反馈振荡回路，第二路输出作为RF输出#1送入差频检测电路。

第一双向谐振光载微波角速度检测装置逆时针光环路锁频具体为：第一双向谐振光载微波角速度检测装置连接结构如附图3，激光器输出的红光经过光分束器，分为两束，一束沿顺时针方向送入第一电光调制器，经过调制后形成光载微波依次进入第一2×2光开关、第一光耦合器、频率调节器，然后进入第一光路光纤，接着依次进入第二红光滤光片、第四耦合器、光纤环形腔、第三耦合器、第一红光滤光片后再进入第一光路光纤，从第一光路光纤出射的光载微波再经过第二光耦合器进入第二2×2光开关，然后进入第一光电探测器将光信号转换成电信号，之后送入第一电滤波器，滤波后的微波电信号送入第一微波功分器，第一微波功分器有两路输出，第一路输出经过电放大器连接到第一电光调制器，形成一个顺时针正反馈振荡回路，第二路输出作为RF输出#1送入差频检测电路；光分束器分出的另一束光沿逆时针方向进入第二电光调制器，经过调制后形成光载微波依次进入第一2×2光开关、第二光耦合器后进入第一光路光纤，接着依次进入第一红光滤光片、第三耦合器、光纤环形腔、第四耦合器、第二红光滤光片后再进入第一光路光纤，从第一光路光纤出射的光载微波再经过频率调节器、第一光耦合器进入第二2×2光开关，然后进入第二光电探测器将光信号转换成电信号，之后送入第二电滤波器，滤波后的微波电信号送入第二微波功分器，第二微波功分器有三路输出，第一路输出经过第二电放大器连接到第二电光调制器，形成一个逆时针正反馈振荡回路，第二路输出作为RF输出#2送入差频检测电路，第三路输出经过分频器分频后同标准时间源一同送入鉴相器，鉴相输出经过低通滤波器后连接到频率调节器，用于调节谐振频率，从而锁定第一双向谐振光载微波角速度检测装置逆时针正反馈振荡回路的谐振频率。

第二双向谐振光载微波角速度检测装置顺时针光环路锁频与第一双向谐振光载微波角速度检测装置顺时针光环路锁频基本相同，区别在于：激光器输出的光为绿光，对应的第一光路光纤换成第二光路光纤，对应的第一红光滤光片换成第一绿光滤光片，对应的第二红光滤光片换成第二绿光滤光片，谐振频率锁定的环路为第二双向谐振光载微波角速度检测装置顺时针正反馈振荡回路。

第二双向谐振光载微波角速度检测装置逆时针光环路锁频与第一双向谐振光载微波角速度检测装置逆时针光环路锁频基本相同，区别在于：激光器输出的光为绿光，对应的第一光路光纤换成第二光路光纤，对应的第一红光滤光片换成第一绿光滤光片，对应的第二红光滤光片换成第二绿光滤光片，谐振频率锁定的环路为第二双向谐振光载微波角速度检测装置逆时针正反馈振荡回路。

该方法包括以下步骤：

步骤1：第二双向谐振光载微波角速度检测装置逆时针光环路锁频向第二双向谐振光载微波角速度检测装置顺时针光环路锁频转换，第一双向谐振光载微波角速度检测装置顺时针光环路锁频。

步骤2：第一双向谐振光载微波角速度检测装置的差频检测电路检测出其顺时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#2与逆时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#1的频率差，记为。

步骤3：第一双向谐振光载微波角速度检测装置顺时针光环路锁频向第一双向谐振光载微波角速度检测装置逆时针光环路锁频转换，第二双向谐振光载微波角速度检测装置顺时针光环路锁频。

步骤4：第二双向谐振光载微波角速度检测装置的差频检测电路检测出其顺时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#2与逆时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#1的频率差，记为。

步骤5：第二双向谐振光载微波角速度检测装置顺时针光环路锁频向第二双向谐振光载微波角速度检测装置逆时针光环路锁频转换，第一双向谐振光载微波角速度检测装置逆时针光环路锁频。

步骤6：第一双向谐振光载微波角速度检测装置的差频检测电路检测出其顺时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#1与逆时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#2的频率差，记为。

步骤7：根据步骤2获得的频率差和步骤6获得的频率差获得第一双向谐振光载微波角速度检测装置24测量角速度：

其中，为第一双向谐振光载微波角速度检测装置24顺时针光环路锁频测量的角速度，为第一双向谐振光载微波角速度检测装置24逆时针光环路锁频测量的角速度，为光纤环形腔6的半径，为红光速，为红光回路长度，为第一双向谐振光载微波角速度检测装置p次谐波。

步骤8：第一双向谐振光载微波角速度检测装置逆时针光环路锁频向第一双向谐振光载微波角速度检测装置顺时针光环路锁频转换；第二双向谐振光载微波角速度检测装置逆时针光环路锁频。

步骤9：第二双向谐振光载微波角速度检测装置的差频检测电路检测出其顺时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#1与逆时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#2的频率差，记为。

步骤10：根据步骤4获得的频率差和步骤9获得的频率差获得第二双向谐振光载微波角速度检测装置测量角速度：

其中，为第二双向谐振光载微波角速度检测装置顺时针光环路锁频测量的角速度，为第二双向谐振光载微波角速度检测装置逆时针光环路锁频测量的角速度，为光纤环形腔6的半径，为绿光光速，为绿光回路长度，为第二双向谐振光载微波角速度检测装置p次谐波。

步骤11：根据步骤7获得的第一双向谐振光载微波角速度检测装置测量角速度和步骤获10得的第二双向谐振光载微波角速度检测装置测量角速度获得单环两路双向谐振光载微波陀螺的测量角速度：

本发明的有益效果是，本发明采用单环两路双向谐振光载微波检测角速度的方法不仅可以通过双向锁频交换的方式使微波谐振环的谐振频率高度稳定，且不会出现锁频交换过程中由于锁相环重新锁定过程所造成的角速度测量空白区，使得采用单环两路双向谐振光载微波检测角速度方法的***的测量精度及可靠性大大提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍；

图1是本发明采用单环两路双向谐振光载微波检测角速度的***结构示意图；

图2是本发明第一双向谐振光载微波角速度检测装置及第二双向谐振光载微波角速度检测装置的顺时针光环路锁频结构示意图；

图3是本发明第一双向谐振光载微波角速度检测装置及第二双向谐振光载微波角速度检测装置的逆时针光环路锁频结构示意图；

图中，激光器1、光分束器2、第一电光调制器3、第一光耦合器4、频率调节器5、光纤环形腔6、第二光耦合器7、第一光电探测器8、第一电滤波器9、第一微波功分器10、第一电放大器11、第二电光调制器12、第二光电探测器13、第二电滤波器14、第二微波功分器15、第二电放大器16、差频检测电路17、分频器18、标准时间源19、鉴相器20、低通滤波器21、第一2×2光开关22、第二2×2光开关23、第一双向谐振光载微波角速度检测装置24、第二双向谐振光载微波角速度检测装置25、第三耦合器26、第一绿光滤光片27、第四耦合器28、第二绿光滤光片29、第二红光滤光片30、第一光路光纤31、第二光路光纤32、第一红光滤光片33。实线部分表示光路连接，是光通路；虚线部分表示电路连接，是电通路。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更见清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所述实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明采用单环两路双向谐振光载微波检测角速度的方法在单环两路双向谐振光载微波陀螺上实现，所述单环两路双向谐振光载微波陀螺由光纤环形腔6、第一双向谐振光载微波角速度检测装置24、第二双向谐振光载微波角速度检测装置25、第一光路光纤31、第二光路光纤32、第三耦合器26、第四耦合器28、第一绿光滤光片27、第二绿光滤光片29、第一红光滤光片33、第二红光滤光片30组成，其中第一双向谐振光载微波角速度检测装置24与第二双向谐振光载微波角速度检测装置25为两套独立的装置，其内部结构基本相同，均由由激光器1、光分束器2、第一电光调制器3、第一光耦合器4、频率调节器5、第二光耦合器7、第一光电探测器8、第一电滤波器9、第一微波功分器10、第一电放大器11、第二电光调制器12、第二光电探测器13、第二电滤波器14、第二微波功分器15、第二电放大器16、差频检测电路17、分频器18、标准时间源19、鉴相器20、低通滤波器21、第一2×2光开关22、第二2×2光开关23组成，唯一的区别在于第一双向谐振光载微波角速度检测装置24的激光器1产生红光，第二双向谐振光载微波角速度检测装置25的激光器1产生绿光。

在描述该方法的步骤前，先解释以下几个概念：

第一双向谐振光载微波角速度检测装置24顺时针光环路锁频具体为：第一双向谐振光载微波角速度检测装置24连接结构如附图2，激光器1输出的红光经过光分束器2，分为两束，一束沿顺时针方向送入第二电光调制器12，经过调制后形成光载微波依次进入第一2×2光开关22、第一光耦合器4、频率调节器5，然后进入第一光路光纤31，接着依次进入第二红光滤光片30、第四耦合器28、光纤环形腔6、第三耦合器26、第一红光滤光片33后再进入第一光路光纤31，从第一光路光纤31出射的光载微波再经过第二光耦合器7进入第二2×2光开关23，然后进入第二光电探测器13将光信号转换成电信号，之后送入第二电滤波器14，滤波后的微波电信号送入第二微波功分器15，第二微波功分器15有三路输出，第一路输出经过第二电放大器16连接到第二电光调制器12，形成一个顺时针正反馈振荡回路，第二路输出作为RF输出#2送入差频检测电路17，第三路输出经过分频器18分频后同标准时间源19一同送入鉴相器20，鉴相输出经过低通滤波器21后连接到频率调节器5，用于调节谐振频率，从而锁定第一双向谐振光载微波角速度检测装置24顺时针正反馈振荡回路的谐振频率；光分束器2分出的另一束光沿逆时针方向进入第一电光调制器3，经过调制后形成光载微波依次进入第一2×2光开关22、第二光耦合器7后进入第一光路光纤31，接着依次进入第一红光滤光片33、第三耦合器26、光纤环形腔6、第四耦合器28、第二红光滤光片30后再进入第一光路光纤31，从第一光路光纤31出射的光载微波再经过频率调节器5、第一光耦合器4进入第二2×2光开关23，然后进入第一光电探测器8将光信号转换成电信号，之后送入第一电滤波器9，滤波后的微波电信号送入第一微波功分器10，第一微波功分器10有两路输出，第一路输出经过电放大器11连接到第一电光调制器3，形成一个逆时针正反馈振荡回路，第二路输出作为RF输出#1送入差频检测电路17。

第一双向谐振光载微波角速度检测装置24逆时针光环路锁频具体为：第一双向谐振光载微波角速度检测装置24连接结构如附图3，激光器1输出的红光经过光分束器2，分为两束，一束沿顺时针方向送入第一电光调制器3，经过调制后形成光载微波依次进入第一2×2光开关22、第一光耦合器4、频率调节器5，然后进入第一光路光纤31，接着依次进入第二红光滤光片30、第四耦合器28、光纤环形腔6、第三耦合器26、第一红光滤光片33后再进入第一光路光纤31，从第一光路光纤31出射的光载微波再经过第二光耦合器7进入第二2×2光开关23，然后进入第一光电探测器8将光信号转换成电信号，之后送入第一电滤波器9，滤波后的微波电信号送入第一微波功分器10，第一微波功分器10有两路输出，第一路输出经过电放大器11连接到第一电光调制器3，形成一个顺时针正反馈振荡回路，第二路输出作为RF输出#1送入差频检测电路17；光分束器2分出的另一束光沿逆时针方向进入第二电光调制器12，经过调制后形成光载微波依次进入第一2×2光开关22、第二光耦合器7后进入第一光路光纤31，接着依次进入第一红光滤光片33、第三耦合器26、光纤环形腔6、第四耦合器28、第二红光滤光片30后再进入第一光路光纤31，从第一光路光纤31出射的光载微波再经过频率调节器5、第一光耦合器4进入第二2×2光开关23，然后进入第二光电探测器13将光信号转换成电信号，之后送入第二电滤波器14，滤波后的微波电信号送入第二微波功分器15，第二微波功分器15有三路输出，第一路输出经过第二电放大器16连接到第二电光调制器12，形成一个逆时针正反馈振荡回路，第二路输出作为RF输出#2送入差频检测电路17，第三路输出经过分频器18分频后同标准时间源19一同送入鉴相器20，鉴相输出经过低通滤波器21后连接到频率调节器5，用于调节谐振频率，从而锁定第一双向谐振光载微波角速度检测装置24逆时针正反馈振荡回路的谐振频率。

第二双向谐振光载微波角速度检测装置25顺时针光环路锁频与第一双向谐振光载微波角速度检测装置24顺时针光环路锁频基本相同，区别在于：激光器1输出的光为绿光，对应的第一光路光纤31换成第二光路光纤32，对应的第一红光滤光片33换成第一绿光滤光片27，对应的第二红光滤光片30换成第二绿光滤光片29，谐振频率锁定的环路为第二双向谐振光载微波角速度检测装置25顺时针正反馈振荡回路。

第二双向谐振光载微波角速度检测装置25逆时针光环路锁频与第一双向谐振光载微波角速度检测装置24逆时针光环路锁频基本相同，区别在于：激光器1输出的光为绿光，对应的第一光路光纤31换成第二光路光纤32，对应的第一红光滤光片33换成第一绿光滤光片27，对应的第二红光滤光片30换成第二绿光滤光片29，谐振频率锁定的环路为第二双向谐振光载微波角速度检测装置24逆时针正反馈振荡回路。

该方法包括以下步骤：

步骤1：第二双向谐振光载微波角速度检测装置25逆时针光环路锁频向第二双向谐振光载微波角速度检测装置25顺时针光环路锁频转换，第一双向谐振光载微波角速度检测装置24顺时针光环路锁频。

步骤2：第一双向谐振光载微波角速度检测装置24的差频检测电路检测出其顺时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#2与逆时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#1的频率差，记为。

步骤3：第一双向谐振光载微波角速度检测装置24顺时针光环路锁频向第一双向谐振光载微波角速度检测装置24逆时针光环路锁频转换，第二双向谐振光载微波角速度检测装置25顺时针光环路锁频。

步骤4：第二双向谐振光载微波角速度检测装置25的差频检测电路检测出其顺时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#2与逆时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#1的频率差，记为。

步骤5：第二双向谐振光载微波角速度检测装置25顺时针光环路锁频向第二双向谐振光载微波角速度检测装置25逆时针光环路锁频转换，第一双向谐振光载微波角速度检测装置24逆时针光环路锁频。

步骤6：第一双向谐振光载微波角速度检测装置24的差频检测电路检测出其顺时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#1与逆时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#2的频率差，记为。

步骤7：根据步骤2获得的频率差和步骤6获得的频率差获得第一双向谐振光载微波角速度检测装置24测量角速度：

在初始静止状态下，通过使用长度相等的电缆、光纤进行连接的方式，保证第一双向谐振光载微波角速度检测装置24顺时针正反馈振荡回路和第一双向谐振光载微波角速度检测装置24逆时针正反馈振荡回路的长度基本相同，记为。

第一双向谐振光载微波角速度检测装置24逆时针光环路锁频时，逆时针正反馈振荡回路受到频率调节器5的调节，频率被锁定，相对长度一直保持不变；顺时针正反馈振荡回路的相对长度则受到真实旋转、频率调节器5的调节、以及自身回路腔长变化的影响而一直发生变化。

真实旋转引起的相对长度变化记为：

其中：为真实运动角速度，为光纤环半径，为红光光速。

频率调节器5的调节分为两部分：真实旋转引起的逆时针正反馈振荡回路相对长度变化的补偿，同样为；逆时针正反馈振荡回路腔长变化的补偿，记为。

顺时针正反馈振荡回路腔长变化，记为。

逆时针正反馈振荡回路的标准锁定频率为：

其中：为第一双向谐振光载微波角速度检测装置24p次谐波。

顺时针正反馈振荡回路中的频率为：

频率差与角速度之间关系为：

将公式(1)带入公式(4)并化简得到角速度为：

第一双向谐振光载微波角速度检测装置24顺时针光环路锁频时，顺时针正反馈振荡回路受到频率调节器5的调节，频率被锁定，相对长度一直保持不变；逆时针正反馈振荡回路的长度则受到真实旋转、频率调节器5的调节、以及自身回路腔长变化的影响而一直发生变化。

真实旋转引起的相对长度变化同公式(1)，记为。

频率调节器5的调节分为两部分：真实旋转引起的顺时针正反馈振荡回路相对长度变化的补偿，同样为；顺时针正反馈振荡回路腔长变化的补偿（即第一双向谐振光载微波角速度检测装置24逆时针光环路锁频时逆时针正反馈振荡回路腔长变化），记为。

逆时针正反馈振荡回路腔长变化（即即第一双向谐振光载微波角速度检测装置24逆时针光环路锁频时顺时针回路腔长变化），记为。

顺时针正反馈振荡回路中的标准锁定频率为：

逆时针方向回路中的频率为：.

频率差与角速度之间关系为：

将公式(1)带入公式(8)并化简得：

当锁频交换过程高速进行时，在两次锁频交换之间的腔长变化基本不变，因此锁频交换前后的平均角速度可通过公式(5)和公式(9)相加得到：

可见通过双向锁频交换的方式，可以补偿由于双向回路引起腔长不同而引入的非互易性误差。

步骤8：第一双向谐振光载微波角速度检测装置24逆时针光环路锁频向第一双向谐振光载微波角速度检测装置24顺时针光环路锁频转换；第二双向谐振光载微波角速度检测装置25逆时针光环路锁频。

步骤9：第二双向谐振光载微波角速度检测装置25的差频检测电路检测出其顺时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#1与逆时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#2的频率差，记为。

步骤10：根据步骤4获得的频率差和步骤9获得的频率差获得第二双向谐振光载微波角速度检测装置25测量角速度，第二双向谐振光载微波角速度检测装置25测量角速度的方法与第一双向谐振光载微波角速度检测装置24测量角速度的方法相同，类似地可得：

其中，为第二双向谐振光载微波角速度检测装置25顺时针光环路锁频测量的角速度，为第二双向谐振光载微波角速度检测装置25逆时针光环路锁频测量的角速度，为光纤环形腔6的半径，为绿光光速，为绿光回路长度，为第二双向谐振光载微波角速度检测装置25p次谐波。

步骤11：根据步骤7获得的第一双向谐振光载微波角速度检测装置24测量角速度和步骤10获得的第二双向谐振光载微波角速度检测装置25测量角速度获得单环两路双向谐振光载微波陀螺的测量角速度：

。

Claims (1)

1.一种采用单环两路双向谐振光载微波检测角速度的方法，其特征在于，该方法能够实现单环两路双向谐振光载微波陀螺的角速度连续测量，所述单环两路双向谐振光载微波陀螺包括：光纤环形腔(6)、第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)、第二双向谐振光载微波角速度检测装置(25)、第一光路光纤(31)、第二光路光纤(32)、第三耦合器(26)、第四耦合器(28)、第一绿光滤光片(27)、第二绿光滤光片(29)、第一红光滤光片(33)、第二红光滤光片(30)；其中第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)与第二双向谐振光载微波角速度检测装置(25)为两套独立的装置，其内部结构基本相同，均由激光器(1)、光分束器(2)、第一电光调制器(3)、第一光耦合器(4)、频率调节器(5)、第二光耦合器(7)、第一光电探测器(8)、第一电滤波器(9)、第一微波功分器(10)、第一电放大器(11)、第二电光调制器(12)、第二光电探测器(13)、第二电滤波器(14)、第二微波功分器(15)、第二电放大器(16)、差频检测电路(17)、分频器(18)、标准时间源(19)、鉴相器(20)、低通滤波器(21)、第一2×2光开关(22)、第二2×2光开关(23)组成，唯一的区别在于第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)的激光器(1)产生红光，第二双向谐振光载微波角速度检测装置(25)的激光器(1)产生绿光；

第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)顺时针光环路锁频具体为：激光器(1)输出的红光经过光分束器(2)，分为两束，一束沿顺时针方向送入第二电光调制器(12)，经过调制后形成光载微波依次进入第一2×2光开关(22)、第一光耦合器(4)、频率调节器(5)，然后进入第一光路光纤(31)，接着依次进入第二红光滤光片(30)、第四耦合器(28)、光纤环形腔(6)、第三耦合器(26)、第一红光滤光片(33)后再进入第一光路光纤(31)，从第一光路光纤(31)出射的光载微波再经过第二光耦合器(7)进入第二2×2光开关(23)，然后进入第二光电探测器(13)将光信号转换成电信号，之后送入第二电滤波器(14)，滤波后的微波电信号送入第二微波功分器(15)，第二微波功分器(15)有三路输出，第一路输出经过第二电放大器(16)连接到第二电光调制器(12)，形成一个顺时针正反馈振荡回路，第二路输出作为谐振微波输出RF#2送入差频检测电路(17)，第三路输出经过分频器(18)分频后同标准时间源(19)一同送入鉴相器(20)，鉴相输出经过低通滤波器(21)后连接到频率调节器(5)，用于调节谐振频率，从而锁定第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)顺时针正反馈振荡回路的谐振频率；光分束器(2)分出的另一束光沿逆时针方向进入第一电光调制器(3)，经过调制后形成光载微波依次进入第一2×2光开关(22)、第二光耦合器(7)后进入第一光路光纤(31)，接着依次进入第一红光滤光片(33)、第三耦合器(26)、光纤环形腔(6)、第四耦合器(28)、第二红光滤光片(30)后再进入第一光路光纤(31)，从第一光路光纤(31)出射的光载微波再经过频率调节器(5)、第一光耦合器(4)进入第二2×2光开关(23)，然后进入第一光电探测器(8)将光信号转换成电信号，之后送入第一电滤波器(9)，滤波后的微波电信号送入第一微波功分器(10)，第一微波功分器(10)有两路输出，第一路输出经过第一电放大器(11)连接到第一电光调制器(3)，形成一个逆时针正反馈振荡回路，第二路输出作为谐振微波输出RF#1送入差频检测电路(17)；

第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)逆时针光环路锁频具体为：激光器(1)输出的红光经过光分束器(2)，分为两束，一束沿顺时针方向送入第一电光调制器(3)，经过调制后形成光载微波依次进入第一2×2光开关(22)、第一光耦合器(4)、频率调节器(5)，然后进入第一光路光纤(31)，接着依次进入第二红光滤光片(30)、第四耦合器(28)、光纤环形腔(6)、第三耦合器(26)、第一红光滤光片(33)后再进入第一光路光纤(31)，从第一光路光纤(31)出射的光载微波再经过第二光耦合器(7)进入第二2×2光开关(23)，然后进入第一光电探测器(8)将光信号转换成电信号，之后送入第一电滤波器(9)，滤波后的微波电信号送入第一微波功分器(10)，第一微波功分器(10)有两路输出，第一路输出经过第一电放大器(11)连接到第一电光调制器(3)，形成一个顺时针正反馈振荡回路，第二路输出作为谐振微波输出RF#1送入差频检测电路(17)；光分束器(2)分出的另一束光沿逆时针方向进入第二电光调制器(12)，经过调制后形成光载微波依次进入第一2×2光开关(22)、第二光耦合器(7)后进入第一光路光纤(31)，接着依次进入第一红光滤光片(33)、第三耦合器(26)、光纤环形腔(6)、第四耦合器(28)、第二红光滤光片(30)后再进入第一光路光纤(31)，从第一光路光纤(31)出射的光载微波再经过频率调节器(5)、第一光耦合器(4)进入第二2×2光开关(23)，然后进入第二光电探测器(13)将光信号转换成电信号，之后送入第二电滤波器(14)，滤波后的微波电信号送入第二微波功分器(15)，第二微波功分器(15)有三路输出，第一路输出经过第二电放大器(16)连接到第二电光调制器(12)，形成一个逆时针正反馈振荡回路，第二路输出作为谐振微波输出RF#2送入差频检测电路(17)，第三路输出经过分频器(18)分频后同标准时间源(19)一同送入鉴相器(20)，鉴相输出经过低通滤波器(21)后连接到频率调节器(5)，用于调节谐振频率，从而锁定第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)逆时针正反馈振荡回路的谐振频率；

第二双向谐振光载微波角速度检测装置(25)顺时针光环路锁频与第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)顺时针光环路锁频基本相同，区别在于：激光器(1)输出的光为绿光，对应的第一光路光纤(31)换成第二光路光纤(32)，对应的第一红光滤光片(33)换成第一绿光滤光片(27)，对应的第二红光滤光片(30)换成第二绿光滤光片(29)，谐振频率锁定的环路为第二双向谐振光载微波角速度检测装置(25)顺时针正反馈振荡回路；

第二双向谐振光载微波角速度检测装置(25)逆时针光环路锁频与第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)逆时针光环路锁频基本相同，区别在于：激光器(1)输出的光为绿光，对应的第一光路光纤(31)换成第二光路光纤(32)，对应的第一红光滤光片(33)换成第一绿光滤光片(27)，对应的第二红光滤光片(30)换成第二绿光滤光片(29)，谐振频率锁定的环路为第二双向谐振光载微波角速度检测装置(24)逆时针正反馈振荡回路；

该方法包括以下步骤：

步骤1：第二双向谐振光载微波角速度检测装置(25)逆时针光环路锁频向第二双向谐振光载微波角速度检测装置(25)顺时针光环路锁频转换，第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)顺时针光环路锁频；

步骤2：第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)的差频检测电路检测出其顺时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#2与逆时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#1的频率差，记为Δf₁₁；

步骤3：第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)顺时针光环路锁频向第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)逆时针光环路锁频转换，第二双向谐振光载微波角速度检测装置(25)顺时针光环路锁频；

步骤4：第二双向谐振光载微波角速度检测装置(25)的差频检测电路检测出其顺时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#2与逆时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#1的频率差，记为Δf₂₁；

步骤5：第二双向谐振光载微波角速度检测装置(25)顺时针光环路锁频向第二双向谐振光载微波角速度检测装置(25)逆时针光环路锁频转换，第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)逆时针光环路锁频；

步骤6：第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)的差频检测电路检测出其顺时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#1与逆时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#2的频率差，记为Δf₁₂；

步骤7：根据步骤2获得的频率差Δf₁₁和步骤6获得的频率差Δf₁₂获得第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)测量角速度Ω₁：

${\mathrm{\Ω}}_1=\frac{1}{2}({\mathrm{\Ω}}_{11}+{\mathrm{\Ω}}_{12})=\frac{{\mathrm{\Δf}}_{11}{C}_1{L}_1}{4R(p_1{C}_1-{\mathrm{\Δf}}_{11}{L}_1)}+\frac{{\mathrm{\Δf}}_{12}{C}_1{L}_1}{4R(p_1{C}_1+{\mathrm{\Δf}}_{12}{L}_1)}$

其中，Ω₁₁为第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)顺时针光环路锁频测量的角速度，Ω₁₂为第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)逆时针光环路锁频测量的角速度，R为光纤环形腔(6)的半径，C₁为红光速，L₁为红光回路长度，p₁为第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)的p次谐波；

步骤8：第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)逆时针光环路锁频向第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)顺时针光环路锁频转换；第二双向谐振光载微波角速度检测装置(25)逆时针光环路锁频；

步骤9：第二双向谐振光载微波角速度检测装置(25)的差频检测电路检测出其顺时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#1与逆时针正反馈振荡回路的谐振微波输出RF#2的频率差，记为Δf₂₂；

步骤10：根据步骤4获得的频率差Δf₂₁和步骤9获得的频率差Δf₂₂获得第二双向谐振光载微波角速度检测装置(25)测量角速度Ω₂：

${\mathrm{\Ω}}_2=\frac{1}{2}({\mathrm{\Ω}}_{21}+{\mathrm{\Ω}}_{22})=\frac{{\mathrm{\Δf}}_{21}{C}_2{L}_2}{4R(p_2{C}_2-{\mathrm{\Δf}}_{21}{L}_2)}+\frac{{\mathrm{\Δf}}_{22}{C}_2{L}_2}{4R(p_2{C}_2+{\mathrm{\Δf}}_{22}{L}_2)}$

其中，Ω₂₁为第二双向谐振光载微波角速度检测装置(25)顺时针光环路锁频测量的角速度，Ω₂₂为第二双向谐振光载微波角速度检测装置(25)逆时针光环路锁频测量的角速度，R为光纤环形腔(6)的半径，C₂为绿光光速，L₂为绿光回路长度，p₂为第二双向谐振光载微波角速度检测装置(25)p次谐波；

步骤11：根据步骤7获得的第一双向谐振光载微波角速度检测装置(24)测量角速度Ω₁和步骤10获得的第二双向谐振光载微波角速度检测装置(25)测量角速度Ω₂获得单环两路双向谐振光载微波陀螺的测量角速度Ω：

$\mathrm{\Ω}=\frac{1}{2}({\mathrm{\Ω}}_1+{\mathrm{\Ω}}_2).$