基于FPGA的諧振式光纖陀螺數(shù)字系統(tǒng)設計和實現(xiàn).pdf

1、光纖陀螺是基于Sagnac效應的高精度慣性角速度傳感器，在傳感技術領域占有重要的地位。諧振式光纖陀螺(R—FOG)相比于目前發(fā)展已比較成熟的干涉式光纖陀螺，在小型化方面具有獨特的優(yōu)勢。由于Sagnac效應是一種極其微弱的效應，信號檢測技術在R—FOG中占有十分重要的地位?；跀?shù)字電路的檢測系統(tǒng)相比于模擬電路具有體積小、靈活性高、抗干擾能力強、處理速度快等優(yōu)點。因此，檢測處理電路的數(shù)字化是諧振式光纖陀螺實現(xiàn)小型化、高精度的發(fā)展趨勢。論文以

2、FPGA為核心硬件單元，設計并實現(xiàn)了基于正負斜率鋸齒波組合相位調制的諧振式光纖陀螺數(shù)字閉環(huán)系統(tǒng)。設計使用全數(shù)字信號處理技術并將系統(tǒng)在單片F(xiàn)PGA上實現(xiàn)，為諧振式光纖陀螺的小型化提供了一條發(fā)展途徑。
　　 信號檢測電路從功能上可分為調制、解調、反饋三個模塊。(1)調制模塊：建立了基于正負斜率組合數(shù)字鋸齒波相位調制技術的系統(tǒng)方案，分析了信號檢測原理，并針對陀螺系統(tǒng)對背向散射噪聲的抑制要求，提出了調制波形參數(shù)的選取原則；(2)解調模塊

3、：配合正負斜率組合數(shù)字鋸齒波的調制方案，設計了用于解調光電探測器輸出信號的數(shù)字鎖相放大器，實現(xiàn)了120nV的檢測精度；(3)反饋模塊：主要包括PI反饋控制、鋸齒波2π復位電壓反饋控制和第二閉環(huán)反饋控制三部分的設計和實現(xiàn)。由于Sagnac效應非常微弱，且激光器中心頻率和光纖環(huán)形諧振腔諧振頻率易受環(huán)境、溫度等因素的影響，為了檢測反映陀螺轉動的頻差信號，需要首先將激光器中心頻率鎖定在諧振腔的諧振頻率之上。PI控制器是激光器鎖頻環(huán)路的重要組成部

4、分。采用PI反饋控制，能夠有效地消除穩(wěn)態(tài)誤差，減小陀螺輸出漂移。論文設計并實現(xiàn)了基于FPGA的數(shù)字PI控制器，并提出了提高反饋控制精度的FPGA實現(xiàn)算法，實現(xiàn)了對應角速度為8.7°/h的控制精度。針對非理想鋸齒波復位電壓給系統(tǒng)檢測精度帶來的影響，利用光纖環(huán)形諧振腔對不同大小復位電壓的不同響應，設計了2π復位電壓反饋控制電路，有效地將鋸齒波復位電壓控制在相位調制器的全波電壓。利用在調制鋸齒波上疊加等效移頻鋸齒波反饋控制相位調制器的方法，設