諧振式光纖陀螺中信號檢測與控制系統(tǒng)的設(shè)計.pdf

1、陀螺儀是慣性制導(dǎo)和導(dǎo)航的核心部件，主要用于測量運動載體的角速度。光學(xué)陀螺是一種基于光學(xué)薩格奈克效應(yīng)(Sagnac effect)角速度傳感器件，具有啟動時間短、使用壽命長和可靠性高等特點。其中諧振式光學(xué)陀螺的核心組件為光學(xué)諧振腔，可以采用很短的光纖或者集成的光波導(dǎo)獲得較高精度，因此易集成，且抗電磁能力強(qiáng)、動態(tài)范圍大，具有很高的研究價值。諧振式光學(xué)陀螺通過檢測由薩格奈克引起的諧振頻率差信號來得到旋轉(zhuǎn)角速度。由于諧振式光學(xué)陀螺中諧振頻率差極

2、其微弱，且易受光學(xué)噪聲、轉(zhuǎn)臺震動和溫度波動的影響，直接測量相向傳播光束的諧振頻率差是十分困難的。因此開展諧振式光學(xué)陀螺中信號檢測與控制系統(tǒng)的研究對于改善陀螺系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)動信號的信噪比、提高其測量精度至關(guān)重要。
　　針對上述技術(shù)問題，本文展開了以下幾個方面的研究:
　　(1)首先介紹了諧振式光學(xué)陀螺的原理，推導(dǎo)了光學(xué)環(huán)形諧振腔的傳遞函數(shù)，并通過改變諧振腔參數(shù)，研究了環(huán)形諧振腔的諧振特性，為后續(xù)搭建檢測系統(tǒng)奠定理論依據(jù)。
　

3、　(2)針對諧振式光學(xué)陀螺輸出信號微弱的特點，采用了閉環(huán)鎖頻的信號檢測與控制方案。通過正弦波相位調(diào)制解調(diào)和相關(guān)檢測的方式，獲取高信噪比的陀螺輸出信號，并通過對激光器施加反饋信號，調(diào)諧其輸出頻率，使得陀螺的工作點始終位于諧振特性曲線的諧振頻率點，解決了由于薩格奈克效應(yīng)引起的諧振頻差小帶來的測量靈敏度問題。
　　(3)選擇了基于FPGA的數(shù)字化正弦波調(diào)制解調(diào)技術(shù)作為諧振式光學(xué)陀螺的信號檢測方案，解決了傳統(tǒng)模擬電路穩(wěn)定性差、抗干擾能力差

4、的問題。在信號調(diào)制方法方面，本文采用頻率更高的正弦波信號調(diào)制，得到了更高信噪比的信號。
　　(4)將設(shè)計的數(shù)字化調(diào)制系統(tǒng)集成在單片F(xiàn)PGA上，為陀螺的集成化提供一條的發(fā)展途徑。該系統(tǒng)主要包括調(diào)制信號的產(chǎn)生、同步解調(diào)、PI反饋控制三個模塊?？紤]到系統(tǒng)調(diào)制信號和測量信號存在初始相位差的問題，為此本文設(shè)計了雙相位的數(shù)字鎖相放大器，該電路能夠?qū)崿F(xiàn)對微弱的待測信號進(jìn)行幅度檢測。通過將該電路與模擬鎖相放大器進(jìn)行對比，結(jié)果表明該鎖相放大器得到的