基于FPGA的双激光器谐振式光纤陀螺信号检测系统设计
发布时间：2020-12-09 03:56
陀螺仪作为一种角速度传感仪器,被广泛应用于民用、军事等领域,小至手机、汽车,大到火箭、卫星等。谐振式光纤陀螺仪利用Sagnac效应结合谐振腔形成的多光束干涉产生的谐振现象,通过检测顺逆时针两路光谐振点频率之差来获得角速度信息,然而Sagnac效应十分微弱,需要运用微弱信号处理的方法来进行信号的检测,将角速度信息从众多噪声中提取出来。对于谐振式光纤陀螺,瑞利背向散射噪声是最主要的噪声之一,对于第一类背向散射噪声现在已经有成熟的方案来抑制,对于第二类背向散射噪声的主流抑制方法还是载波抑制,但此种方法有两大缺点,其一是容易受外界温度变化的影响,其二是要做到调制电压的精确控制很难。基于以上研究现状,本文从抑制第二类背向散射的目的出发,采用两个激光器来搭建谐振式光纤陀螺系统,结合光锁相环实现从激光器对主激光器频率的跟踪和锁定,建立了双激光器谐振式光纤陀螺的信号检测系统,具体开展了以下的研究工作:(1)针对单激光器光源的谐振式光纤陀螺第二类背向散射噪声难以抑制的问题,提出并设计了双激光器系统的总体方案,并对该系统进行了信号检测原理的分析,然后对方案设计的重要器件进行了分析和选型。(2)针对应用于谐...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
采用数字锯齿波相位调制技术的RFOG美国最主要的研究谐振式光纤陀螺的单位是Honeywell公司，1988年，Honeywell公司的G.A.Sanders等人首次提出使用铌酸锂相位调制器代替声光
CurrentcontrolPD1PD2BPF2（2fm）BPF2（fm）Sensing loopPPR0（fm）HCLDM Isolator×LPF Gyro outputDBM2DBM1C1C2C3C4图 1-4 直接光源频率调制的 RFOG 系统 年,Tokyo Institute of Technology 的 M.Ohtsu 和 S.Acaki 采用了率的方法[41]，用 50kHz 的正弦波对激光器输出进行了调制。在抑制光源频率噪声，将调制频率提高到 5MHz[33]，系统结构如不断研究，在 1996 年通过调制参数的改进以及激光器优化，36°/h 的陀螺转速信号，但漂移很大[29]。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文1988 年，Honeywell 公司 G.A.Sanders 等人采用基于保偏光纤组成谐振 RFOG 系统[32]，在 CW 与 CCW 路光进入谐振腔之前分别利用两个全光纤调制器进行相位调制。CCW 光路的解调信号作为误差信号，反馈环内 PZ谐谐振腔腔长，CCW 锁定光路谐振频率，光路的解调信号作为误差信号，调谐光路的移频，锁定光路谐振频率，陀螺信号由两个 AOM 的频差信号。其系统结构如图 1-5 所示。国内对谐振式光纤陀螺信号检测技术的研究比较晚，在 2011 年，浙江大研究人员通过双相位调制技术[25-26]实现了谐振式微光陀螺的调制锁频及抑制。系统结构如图 1-6 所示，通过解调误差信号将激光器的中心频率锁 CW 方向的谐振频率上，而 CCW 路的解调输出则作为陀螺输出信号，通个相位调制器来实现对调制载波的抑制，和传统的方法相比，调制系数的性和温度稳定性均提高了 30 倍，将背散噪声水平降至610 rad/s。
【参考文献】：
期刊论文
[1]角速度传感测试系统中锁频模块的应用研究[J]. 张蔚云,闫树斌,薛晨阳,甄国涌. 传感器与微系统. 2014(03)
[2]谐振式陀螺检测信号调制技术研究[J]. 张建辉,徐鹏飞,马可贞,薛晨阳,张文栋,闫树斌. 传感技术学报. 2013(07)
[3]谐振式微光学陀螺频率跟踪与锁定技术研究[J]. 洪灵菲,张春熹,冯丽爽,雷明,马迎建. 中国激光. 2011(09)
[4]谐振式光纤陀螺偏振噪声分析[J]. 林惠祖,胡永明,姚琼. 光学与光电技术. 2010(03)
[5]光子晶体光纤及其在光纤陀螺中的应用[J]. 殷建玲,鲁军,刘军. 传感器世界. 2010(05)
[6]谐振式微型光学陀螺锁频精度分析[J]. 鲍慧强,毛慧,马慧莲,金仲和. 浙江大学学报(工学版). 2010(01)
[7]光纤陀螺技术发展现状及其应用[J]. 罗睿,张瑞君. 中国电子商情(基础电子). 2009(04)
[8]硅基微光学谐振式陀螺瑞利背向散射噪声分析[J]. 于怀勇,张春熹,冯丽爽,洪灵菲,邢济武. 光学学报. 2009(03)
[9]惯性导航中陀螺仪的研究现状及发展趋势[J]. 张均红,赵君辙. 科协论坛(下半月). 2008(07)
[10]谐振式光纤陀螺环路锁频技术研究[J]. 杨雪锋,郑阳明,马慧莲,金仲和. 传感技术学报. 2007(05)
博士论文
[1]基于新型光子晶体光纤谐振式陀螺技术研究[D]. 王振鹏.哈尔滨工程大学 2018
[2]谐振式微光学陀螺研究[D]. 毛慧.浙江大学 2011
[3]光纤谐振腔及谐振腔光纤陀螺关键技术研究[D]. 姚琼.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]谐振式光纤陀螺的光学噪声抑制与信号检测技术[D]. 李明.深圳大学 2017
[2]谐振式光纤陀螺中信号检测与控制系统的设计[D]. 张焱.东南大学 2017
[3]谐振式光纤陀螺小型化技术研究[D]. 李强.浙江大学 2015
[4]光锁相环中激光频率捕获的关键技术研究[D]. 李恩.电子科技大学 2012
本文编号：2906225
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
采用数字锯齿波相位调制技术的RFOG美国最主要的研究谐振式光纤陀螺的单位是Honeywell公司，1988年，Honeywell公司的G.A.Sanders等人首次提出使用铌酸锂相位调制器代替声光
CurrentcontrolPD1PD2BPF2（2fm）BPF2（fm）Sensing loopPPR0（fm）HCLDM Isolator×LPF Gyro outputDBM2DBM1C1C2C3C4图 1-4 直接光源频率调制的 RFOG 系统 年,Tokyo Institute of Technology 的 M.Ohtsu 和 S.Acaki 采用了率的方法[41]，用 50kHz 的正弦波对激光器输出进行了调制。在抑制光源频率噪声，将调制频率提高到 5MHz[33]，系统结构如不断研究，在 1996 年通过调制参数的改进以及激光器优化，36°/h 的陀螺转速信号，但漂移很大[29]。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文1988 年，Honeywell 公司 G.A.Sanders 等人采用基于保偏光纤组成谐振 RFOG 系统[32]，在 CW 与 CCW 路光进入谐振腔之前分别利用两个全光纤调制器进行相位调制。CCW 光路的解调信号作为误差信号，反馈环内 PZ谐谐振腔腔长，CCW 锁定光路谐振频率，光路的解调信号作为误差信号，调谐光路的移频，锁定光路谐振频率，陀螺信号由两个 AOM 的频差信号。其系统结构如图 1-5 所示。国内对谐振式光纤陀螺信号检测技术的研究比较晚，在 2011 年，浙江大研究人员通过双相位调制技术[25-26]实现了谐振式微光陀螺的调制锁频及抑制。系统结构如图 1-6 所示，通过解调误差信号将激光器的中心频率锁 CW 方向的谐振频率上，而 CCW 路的解调输出则作为陀螺输出信号，通个相位调制器来实现对调制载波的抑制，和传统的方法相比，调制系数的性和温度稳定性均提高了 30 倍，将背散噪声水平降至610 rad/s。
【参考文献】：
期刊论文
[1]角速度传感测试系统中锁频模块的应用研究[J]. 张蔚云,闫树斌,薛晨阳,甄国涌. 传感器与微系统. 2014(03)
[2]谐振式陀螺检测信号调制技术研究[J]. 张建辉,徐鹏飞,马可贞,薛晨阳,张文栋,闫树斌. 传感技术学报. 2013(07)
[3]谐振式微光学陀螺频率跟踪与锁定技术研究[J]. 洪灵菲,张春熹,冯丽爽,雷明,马迎建. 中国激光. 2011(09)
[4]谐振式光纤陀螺偏振噪声分析[J]. 林惠祖,胡永明,姚琼. 光学与光电技术. 2010(03)
[5]光子晶体光纤及其在光纤陀螺中的应用[J]. 殷建玲,鲁军,刘军. 传感器世界. 2010(05)
[6]谐振式微型光学陀螺锁频精度分析[J]. 鲍慧强,毛慧,马慧莲,金仲和. 浙江大学学报(工学版). 2010(01)
[7]光纤陀螺技术发展现状及其应用[J]. 罗睿,张瑞君. 中国电子商情(基础电子). 2009(04)
[8]硅基微光学谐振式陀螺瑞利背向散射噪声分析[J]. 于怀勇,张春熹,冯丽爽,洪灵菲,邢济武. 光学学报. 2009(03)
[9]惯性导航中陀螺仪的研究现状及发展趋势[J]. 张均红,赵君辙. 科协论坛(下半月). 2008(07)
[10]谐振式光纤陀螺环路锁频技术研究[J]. 杨雪锋,郑阳明,马慧莲,金仲和. 传感技术学报. 2007(05)
博士论文
[1]基于新型光子晶体光纤谐振式陀螺技术研究[D]. 王振鹏.哈尔滨工程大学 2018
[2]谐振式微光学陀螺研究[D]. 毛慧.浙江大学 2011
[3]光纤谐振腔及谐振腔光纤陀螺关键技术研究[D]. 姚琼.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]谐振式光纤陀螺的光学噪声抑制与信号检测技术[D]. 李明.深圳大学 2017
[2]谐振式光纤陀螺中信号检测与控制系统的设计[D]. 张焱.东南大学 2017
[3]谐振式光纤陀螺小型化技术研究[D]. 李强.浙江大学 2015
[4]光锁相环中激光频率捕获的关键技术研究[D]. 李恩.电子科技大学 2012
本文编号：2906225
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