研究了一种可实现开环光纤陀螺大动态范围测量的正交解调算法。对干涉信号每周期间隔π/6进行直接采样，得到12个离散点进行相位解调，并利用条纹计数方法实现了开环光纤陀螺的大动态范围测量。详细分析了开环光纤陀螺系统相位调制器驱动信号、干涉信号采样相位误差与正交解调算法解调误差之间的关系。利用抽取的12个采样点构建调制深度误差E_M和调制初始相位误差E_W评价参数，并对正弦调制信号参数进行反馈控制，保证解调精度。结果表明，为使开环光纤陀螺的相位解调误差在±10^-6 rad（标度因数为1.134 s，陀螺输出角速度误差为±0.18（°）/h）内，正弦调制信号的调制频率f_e误差需小于±0.072%（97.31 kHz），电压峰峰值V_π误差需小于±0.1%（3.654 V），调制初始相位误差需小于±16.226 mV，调制深度误差需小于±12.483 mV，数字采样相位误差需小于5.625×10^-4 rad。

标度因数非线性反应了光纤陀螺在动态范围内输出的偏差度。在开环光纤陀螺中, 由于相位调制存在非线性会影响标度因数的线性性。加之前放带宽有限, 会使标度因数非线性现象进一步恶化。本文理论分析了, 由于滤波器对各次谐波增益不一致, 造成标度因数线性度恶化的各种因素。实验结果表明, 要使标度因数非线性度小于500 ppm, 如前放采用一阶RC 低通滤波器, 前放带宽需大于调制信号基频的20 倍。

为解决弹载开环光纤陀螺(O-FOG)信号数字化问题,介绍一种高精度低成本的电压/频率(V/F)变换器,它能在全温度范围内工作而无需温控,对其技术要求、实现方法、工作原理和提高精度的措施等进行了讨论。该电路采用仪表放大器AD620作为前置放大级,实现V/I变换,后端采用全电流积分、电荷平衡变换方式,实现I/F变换,它可对输入信号进行连续积分,不会丢失姿态信息。由于弹上能源紧张,利用通用电源±15V(模拟集成电路用),产生双向恒流源复位,避免了单恒流源需要隔离电源(三通道电路需增加3个隔离的+12V)的麻烦。经过对原理样机进行高低温性能测试,得到了满意的结果。

开环光纤陀螺在工作时需要对其工作点进行控制,这就要求能够用数字的方法产生一个幅度可调的正弦波调制信号。首先对光纤陀螺调制信号的数学描述进行了分析,在此基础上提出了三种幅度可调调制信号的产生方法,即直接波表法、乘法调幅法、两级波表法,并分析了三种方法各自的优缺点。比较了用不同方法产生调制信号进行工作点控制的实验结果。在大多数情况下,两级波表法是较好的选择,它可在存储容量及计算资源都有限的情况下实现工作点的精确控制。

工作点控制是实用型开环光纤陀螺必须解决的技术问题,为此提出了全数字开环光纤陀螺工作点控制方案.在不增加硬件的情况下,通过提取陀螺信号中的二、四次谐波幅值获得陀螺工作点信号,并作为控制输入量,调整调制信号的幅度,实现对陀螺工作点的实时控制.实验表明,该方案在宽温度范围内使陀螺工作点稳定性达到1.16×10-3,偏差为3.1×10-4,在-40℃到60℃范围内的启动时间小于10s.