谐振式光纤陀螺数字信号检测系统设计

发布时间：2020-05-18 17:16

【摘要】：光纤陀螺是一种基于光学Sagnac效应的高精度惯性角速度传感器,它在导航与制导中发挥着重要的作用。与作为第一代光纤陀螺的干涉式光纤陀螺相比,谐振式光纤陀螺(RFOG)达到相同的精度所需的光纤长度要短得多,因此在高精度与小型化方面优势明显,研究RFOG更具有意义。RFOG通过测量其敏感部件光纤环形谐振腔中相向传输的两路光波的谐振频率差来测得物体的转动角速度。由于Sagnac效应是一种十分微弱的效应,所以信号检测系统在RFOG中占有非常重要的地位,检测系统的精度将直接影响陀螺最终的精度。RFOG的信号检测方法主要分为模拟和数字两种,由于数字电路具有稳定性好、抗干扰能力强、处理速度快等优势,因此信号检测系统的数字化是RFOG的最佳选择。论文的主要研究内容与成果如下:(1)设计基于三角波和正弦波的调制模块。分析三角波和正弦波的调制原理,在FPGA上实现三角波和正弦波调制信号的产生。从提高解调曲线性能出发,对两种调制信号的频率和峰峰值参数进行了优化选取。(2)设计基于三角波和正弦波的解调模块。根据三角波解调原理设计了三角波解调模块,针对三角波调制时会出现上冲下跳畸变信号,提出信号滤波处理技术,改善了解调曲线的性能。根据数字锁相解调原理和CORDIC算法设计了正弦波解调模块,实现对正弦波信号的同步解调。(3)设计基于PI控制器的谐振频率锁定模块。根据调制后谐振曲线和谐振点处的特征,利用入谷判据算法和PI控制器设计了谐振频率锁定模块,实现了对一路谐振频率的锁定,锁定时间为1.56ms。(4)设计基于串口通信的通信模块。建立FPGA与PC之间的通信系统,可以实现对FPGA内模块参数的实时修改以及对FPGA内信号数据的高速采样。通过上述工作,建立了RFOG实验系统。测试了三角波调制和正弦波调制下的谐振曲线和解调曲线,得到了曲线的特性参数。测试了系统的锁定时间,证明该系统可以很好地实现对一路谐振频率的跟踪锁定。测试了系统的实际转动信号与零偏,得到陀螺零偏为0.279°/s,零偏稳定性为474.31°/h,标度因数为0.00759V(°/s)。
【图文】：

第 1 章 绪论言螺仪是一种能得到物体转动角速度快慢的感应器，故又称为角速度传感无参考环境的状况下获取载体相对于惯性空间的转速，在惯性制导与导航大作用，，广泛应用于民用与国防领域[1]。前陀螺仪主要分为机械陀螺和光学陀螺两大类，如图 1.1 所示。机械陀螺学原理而制成的，是法国科学家付科于 1852 年首次提出，目前机械陀螺，普遍应用于各个领域中[2]。然而由于机械陀螺运动部件较易受到磨损与预热时间、成本高、寿命短、陀螺动态范围小，所以应用前景受到了限

谐振式光纤陀螺数字信号检测系统设计向散射噪声。1991 年，该课题组又提出了采用部分数字反馈来[28]，如图 1.3 所示，得到 100°/h 的零偏稳定性。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH741

【参考文献】

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本文编号：2670055