一種閉環(huán)光纖陀螺頻率特性的測試方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于光纖陀螺技術，涉及一種閉環(huán)光纖陀螺頻率特性的測試方法。
【背景技術】
[0002] 光纖陀螺是一種基于Sagnac效應的新型光學陀螺儀，用于敏感載體相對于慣性 空間的旋轉角速率。作為一種理想的捷聯(lián)器件，光纖陀螺在捷聯(lián)慣性系統(tǒng)中得到了大量而 廣泛的應用。光纖陀螺的頻率特性是指光纖陀螺對不同頻率角運動輸入的響應特性，包括 幅頻特性和相頻特性，而陀螺的帶寬一般則指閉環(huán)光纖陀螺的3dB帶寬。光纖陀螺的頻率 特性和帶寬指標是光纖陀螺動態(tài)性能的重要表征，反映了光纖陀螺對外界動態(tài)角運動的敏 感能力。光纖陀螺的動態(tài)特性和帶寬指標直接影響了光纖陀螺的振動性能和動態(tài)跟蹤性 能，從而影響了光纖陀螺在動態(tài)環(huán)境下的可靠性和適應性。在高動態(tài)惡劣運動環(huán)境的應用 場合，對光纖陀螺的動態(tài)特性和帶寬指標提出了很高的要求。因此，設計和評測光纖陀螺的 動態(tài)性能和帶寬指標成為光纖陀螺研制和生產過程中必不可少的內容。
[0003] 傳統(tǒng)測試方法主要借助角振動臺或突停臺等設備分別測試光纖陀螺的頻率響應 和階躍響應來實現。光纖陀螺的帶寬可達數kHz甚至十幾kHz，但通常角振動臺的最高振動 頻率大都在數百Hz，不能完全覆蓋光纖陀螺的頻率響應測試范圍。而突停臺也不能產生理 想的階躍輸入，并且存在時間基準誤差，不能滿足光纖陀螺相頻和幅頻的精確測量。
[0004] 此外也有在光纖陀螺反饋階梯波上分別疊加固定臺階階梯波、正弦信號和偽隨機 序列等數字信號模擬轉速輸入的光纖陀螺頻率特性測試方法。其中，采用階躍響應測試的 方法單純通過光纖陀螺階躍響應的上升時間來計算光纖陀螺的3dB帶寬，沒有得到光纖陀 螺全頻帶幅頻響應特性，也沒有得到光纖陀螺的相頻特性，測試方法存在很大的局限性；正 弦激勵測試方法需要疊加不同頻率和幅度的正弦波進行數十次測試，測試過程復雜，并且 由于光纖陀螺控制周期限制，高頻正弦波分辨率急劇降低，影響了高頻段光纖陀螺頻率響 應特性測試的精度；而采用偽隨機序列疊加的測試方法，利用了光纖陀螺輸入輸出的相關 性對光纖陀螺的脈沖響應進行辨識，但該方法的前提是假設光纖陀螺的噪聲組成為理想的 零均值白噪聲，這與光纖陀螺實際情況不完全符合，并且該方法存在中、高頻率段光纖陀螺 頻率特性辨識結果急劇失真的缺點，不能完全滿足光纖陀螺全頻帶相頻特性和幅頻特性的 精確測量。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的：提出一種閉環(huán)光纖陀螺頻率特性測試方法，該方法可以實現光纖 陀螺頻率特性測試所需的全頻帶覆蓋，并可同時獲得光纖陀螺的幅頻特性、相頻特性和帶 寬指標。
[0006] 本發(fā)明的技術方案：一種閉環(huán)光纖陀螺頻率特性的測試方法，其通過在光纖陀螺 反饋階梯波上疊加固定臺階高度的階梯波，產生與外界階躍轉速輸入等效的相位差，得到 光纖陀螺的階躍響應；對計算機高速采集到的光纖陀螺階躍響應數據進行差分運算得到光 纖陀螺的脈沖響應，然后對脈沖響應進行快速傅里葉變換得到光纖陀螺的頻率特性。
[0007] 所述的光纖陀螺頻率特性測試方法，其步驟如下：
[0008] (1)首先通過光纖陀螺控制軟件，在反饋階梯波上疊加固定臺階高度的階梯波，以 在光纖陀螺的敏感環(huán)路內正反方向傳播的兩束光之間產生與外界轉速階躍輸入相等效的 相位差；
[0009] (2)通過光纖陀螺控制軟件將陀螺的階躍響應進行高速輸出，使光纖陀螺階躍響 應數據的采樣時間與光纖陀螺控制周期相同，即在數微秒量級；
[0010] (3)用計算機數據采集系統(tǒng)將光纖陀螺的階躍響應數據進行采集，以得到光纖陀 螺階躍響應過程中每一個控制周期的響應值；
[0011] (4)對光纖陀螺階躍響應數據進行差分、快速傅里葉變換等運算處理，得到光纖陀 螺的頻率特性，包括幅頻特性、相頻特性以及頻帶寬度等性能指標；
[0012] 數據采樣頻率為微秒量級，能覆蓋光纖陀螺高達數KHz甚至十KHz頻率特性測試 范圍，使光纖陀螺階躍響應數據的采樣時間與被測光纖陀螺的控制周期相同。
[0013] 本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果是：由上述所提供的技術方案可以看出，本發(fā)明所提出 光纖陀螺頻率特性測試方法只需通過光纖陀螺控制軟件和配套的計算機數據采集、處理系 統(tǒng)便可實現。通過運用該方法，可以自主、快速和精確測試光纖陀螺的頻率特性和帶寬指 標。可以為光纖陀螺頻率特性參數設計和光纖陀螺動態(tài)環(huán)境適應性評估提供可靠便捷的手 段。
【附圖說明】
[0014] 圖1是等效階躍信號施加方式的原理圖；
[0015] 圖2是本發(fā)明所公開的光纖陀螺頻率特性測試方法原理框圖；
[0016] 圖3是階躍響應實測圖；
[0017] 圖4是由階躍響應數據進行差分運算得到的脈沖響應曲線；
[0018] 圖5是光纖陀螺幅頻特性曲線；
[0019] 圖6是光纖陀螺相頻特性曲線。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明：
[0021] 本發(fā)明的基本原理如圖1所示。
[0022] 根據線性系統(tǒng)理論可知，系統(tǒng)的傳遞函數G(s)是單位脈沖響應函數g(t)的拉普 拉斯變換，頻率響應函數G(j?)是單位脈沖響應函數g(t)的傅里葉變換。根據拉氏變換 的唯一性定理，g(t)與G(s) -一對應。故若能測得系統(tǒng)的脈沖響應，則可獲得有關系統(tǒng)動 態(tài)特性的全部信息。而單位階躍響應函數是線性系統(tǒng)在單位階躍函數l(t)的作用下的零 狀態(tài)輸出響應h (t)。在零初始條件下，脈沖響應函數是階躍響應函數的導數，即g(〇 =/7(/)。 因此，只要得到系統(tǒng)的階躍響應h (t)，對階躍響應求導數就可以得脈沖響應g(t)，再對脈 沖響應g(t)進行傅里葉變換即可得到系統(tǒng)的頻率特性G(j ?)。
[0023] 如圖2所示，按照數字閉環(huán)光纖陀螺的工作原理，在數字反饋階梯波中疊加固定 臺階高度的階躍輸入信號，則通過集成光學調制器的相位調制作用，便可使光纖陀螺的光 纖環(huán)中正反方向傳播的兩束光之間產生階躍的相位差信號。這一階躍相位差信號與外界階 躍轉速輸入導致的相位差等效，因此可通過這種方法獲得相位差的階躍輸入，此時光纖陀 螺的輸出將是光纖陀螺對階躍信號輸入的響應。
[0024] 本發(fā)明閉環(huán)光纖陀螺頻率特性的測試方法通過在數字反饋階梯波中疊加固定臺 階高度的階躍輸入信號，并將光纖陀螺的階躍響應進行輸出