諧振式光纖陀螺數字信號檢測系統(tǒng)設計與實現.pdf

1、光纖陀螺是一種基于光學Sagnac效應的高精度慣性角速度傳感器,在各種導航和制導系統(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)在實現系統(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等優(yōu)點。論文以FPGA為核心硬件單元,基于數字化正弦相位調制技術設計和實現了諧振式光纖陀螺數字信號檢測系統(tǒng),通過對諧振頻率伺服回路鎖定技術的優(yōu)化,提高了頻率鎖定精

2、度,在此基礎上研制出可小型化的RFOG實驗系統(tǒng)。具體來說,本文主要開展了如下研究工作:
　　 基于數字PI反饋控制技術實現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；引入復位機制,改善了環(huán)路長時間鎖定性能；基于FPGA實現的數字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。
　　 基于數字化正弦相位調制技術設計和實現了RFOG數字信號檢測系統(tǒng)。以單片FPGA為核心硬件,利用CORDIC算法實現了正弦載波信號的產生和同步解調系統(tǒng)。通過對順時針和逆時針光路采用不同頻率的正弦波調制以及調制幅度的優(yōu)化,有效地抑制了背向散射噪聲,提高了檢測精度。設計的數字鎖相放大器最小可檢測10nV的信號,對應實際RFOG系統(tǒng)可檢測轉動角速度為10-4°／s。
　　 為方便對

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