諧振式光纖陀螺數(shù)字信號檢測系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn).pdf

1、光纖陀螺是一種基于光學(xué)Sagnac效應(yīng)的高精度慣性角速度傳感器,在各種導(dǎo)航和制導(dǎo)系統(tǒng)中起著重要作用。與發(fā)展相對成熟的干涉式光纖陀螺相比,諧振式光纖陀螺(RFOG)在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)小型化方面具備明顯優(yōu)勢。相比于模擬檢測電路,數(shù)字信號檢測系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、處理速度快、體積小和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。論文以FPGA為核心硬件單元,基于數(shù)字化正弦相位調(diào)制技術(shù)設(shè)計和實(shí)現(xiàn)了諧振式光纖陀螺數(shù)字信號檢測系統(tǒng),通過對諧振頻率伺服回路鎖定技術(shù)的優(yōu)化,提高了頻率鎖定精

2、度,在此基礎(chǔ)上研制出可小型化的RFOG實(shí)驗系統(tǒng)。具體來說,本文主要開展了如下研究工作:
　　 基于數(shù)字PI反饋控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了諧振頻率鎖定回路,建立了諧振頻率伺服回路仿真模型,從噪聲抑制、環(huán)路動態(tài)性能等方面優(yōu)化了環(huán)路參數(shù)；引入復(fù)位機(jī)制,改善了環(huán)路長時間鎖定性能；基于FPGA實(shí)現(xiàn)的數(shù)字PI控制器,降低了環(huán)路延時,極大的提高了環(huán)路對低頻噪聲的抑制能力。在積分時間為0.16s(帶寬為1Hz)時,一小時測試時間,環(huán)路鎖定精度為0.044°

3、／h(1σ),接近RFOG的理論靈敏度。
　　 基于數(shù)字化正弦相位調(diào)制技術(shù)設(shè)計和實(shí)現(xiàn)了RFOG數(shù)字信號檢測系統(tǒng)。以單片F(xiàn)PGA為核心硬件,利用CORDIC算法實(shí)現(xiàn)了正弦載波信號的產(chǎn)生和同步解調(diào)系統(tǒng)。通過對順時針和逆時針光路采用不同頻率的正弦波調(diào)制以及調(diào)制幅度的優(yōu)化,有效地抑制了背向散射噪聲,提高了檢測精度。設(shè)計的數(shù)字鎖相放大器最小可檢測10nV的信號,對應(yīng)實(shí)際RFOG系統(tǒng)可檢測轉(zhuǎn)動角速度為10-4°／s。
　　 為方便對

4、RFOG系統(tǒng)的實(shí)時調(diào)試和數(shù)據(jù)處理,設(shè)計了計算機(jī)與FPGA的串口通信控制系統(tǒng),具備參數(shù)傳送和信號采集雙向傳輸功能,增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)用性和靈活性。
　　 將上述研制的以FPGA為核心的信號檢測電路應(yīng)用于實(shí)際RFOG系統(tǒng),對陀螺轉(zhuǎn)動信號進(jìn)行了實(shí)際測試。利用高精度轉(zhuǎn)臺進(jìn)行轉(zhuǎn)動信號測試,得到了0.05°／s到5°／s的轉(zhuǎn)動輸出信號。同時對陀螺靜止時的輸出波動也進(jìn)行了測試,在積分時間為0.16s(帶寬為1Hz)時,1小時測試結(jié)果表明,研制的R