三激光器谐振式光纤陀螺信号处理系统设计

发布时间：2020-09-28 11:41

　　光纤陀螺作为利用Sagnac效应检测旋转角速度的惯性传感器,广泛应用于航空航天、军事国防、民用导航等领域。光纤陀螺主要包括谐振式光纤陀螺(RFOG)、干涉式光纤陀螺、布里渊型光纤陀螺三大类,其中布里渊型光纤陀螺尚处于研究初级阶段,干涉式光纤陀螺已在各个领域得到广泛应用。谐振式光纤陀螺原理上利用长度在十几米以下的光纤绕制的光纤环形谐振腔就可以实现与干涉式光纤陀螺相同的高检测精度,正越来越吸引国内外各机构的研究兴趣,成为下一代最有潜力、最受瞩目的光纤陀螺。由于Sagnac效应十分微弱,谐振式光纤陀螺的信号检测技术对于其能达到的检测精度有着决定性的作用。然而目前的谐振式光纤陀螺信号处理技术尚不能对RFOG系统中的背向散射噪声和克尔噪声起到很好的抑制作用。本文基于三激光器双路闭环复合拍频技术,设计一种三激光器谐振式光纤陀螺,可以从原理上抑制背向散射噪声,同时本文设计的三激光器RFOG系统中包含两个谐振腔入腔光功率波动抑制回路,可以有效抑制系统中克尔噪声。本文主要包括以下几个方面:(1)基于谐振式光纤陀螺基本原理和三激光器双路闭环符合拍频技术,设计一种包含光功率波动抑制回路的三激光器谐振式光纤陀螺系统,并对该RFOG系统抑制背向散射噪声和克尔噪声方面的优势进行了分析。(2)对本文设计的RFOG信号处理系统进行设计分析,主要包括三激光器RFOG系统中谐振频率伺服回路、光锁相环回路和光功率波动抑制回路。首先通过环路仿真完成了谐振频率伺服回路中伺服控制器的设计,然后基于光锁相环技术,对RFOG系统中的零差式光锁相环路和外差式光锁相环路进行参数设计和建模仿真,最后通过对偶次谐波解调输出与入腔光功率的关系推导以及声光移频器对光功率调节作用的特性分析,确立用二次谐波解调输出抑制入腔光功率波动的方案并对光功率波动抑制回路进行仿真分析。(3)具体阐述了三激光器RFOG信号处理系统的实现,包括总体方案设计、硬件电路实现和FPGA中各个软件模块的实现,其中FPGA中软件模块主要包括调制模块、解调模块、谐振频率伺服控制模块、光锁相环模块和光功率波动抑制模块。(4)对三激光器RFOG系统进行了测试,主要包括模块功能测试和系统整体测试。其中模块功能测试主要包括调制信号测试。谐振现象、前置滤波效果测试、谐振频率伺服回路测试和光功率波动抑制回路测试。系统整体测试包括背向散射噪声测试和克尔噪声测试。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN248;TP212
【部分图文】：

阶跃响应,控制器,整定,工程硕士学位

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文用 Z-N 整定法得到的 PI 控制器传递函数为： 1.242 1.0251PIsG ss 用 Z-N 整定法得到的 PID 控制器传递函数为： 223.162 -4.882 1.825-1.259 0.4278PIDs sG ss s 在 PI 控制下和 PID 控制下的阶跃响应分别如图 3-4 和图 3-5 所示看出，PI 控制和 PID 控制的响应时间近似，PID 控制的超调量更 PID 控制器作为伺服控制器。

阶跃响应,伺服控制器,超调量,响应时间

2-1.259 0.4278PIDs s 在 PI 控制下和 PID 控制下的阶跃响应分别如图 3-4 和图 3-5 所示看出，PI 控制和 PID 控制的响应时间近似，PID 控制的超调量更 PID 控制器作为伺服控制器。图 3-4 PI 控制下的阶跃响应

仿真波形,环路滤波器,仿真波形,输出信号

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 DDS 信号发生器产生的外部参考信号频率为 1MHz，得到环仿真波形如图 3-15 所示，可以看出外差式光锁相环路的环路断振荡并趋于稳定且最终稳定在 0 附近，当环路滤波器输出近时，被控激光器的调谐端不再有反馈电压，被控激光器的，表明两激光器频率最终被成功锁定。

【相似文献】