【摘要】：光纖陀螺是一種基于光學(xué)Sagnac效應(yīng)的高精度慣性角速度傳感器,它在導(dǎo)航與制導(dǎo)中發(fā)揮著重要的作用。與作為第一代光纖陀螺的干涉式光纖陀螺相比,諧振式光纖陀螺(RFOG)達(dá)到相同的精度所需的光纖長(zhǎng)度要短得多,因此在高精度與小型化方面優(yōu)勢(shì)明顯,研究RFOG更具有意義。RFOG通過(guò)測(cè)量其敏感部件光纖環(huán)形諧振腔中相向傳輸?shù)膬陕饭獠ǖ闹C振頻率差來(lái)測(cè)得物體的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。由于Sagnac效應(yīng)是一種十分微弱的效應(yīng),所以信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)在RFOG中占有非常重要的地位,檢測(cè)系統(tǒng)的精度將直接影響陀螺最終的精度。RFOG的信號(hào)檢測(cè)方法主要分為模擬和數(shù)字兩種,由于數(shù)字電路具有穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、處理速度快等優(yōu)勢(shì),因此信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)字化是RFOG的最佳選擇。論文的主要研究?jī)?nèi)容與成果如下:(1)設(shè)計(jì)基于三角波和正弦波的調(diào)制模塊。分析三角波和正弦波的調(diào)制原理,在FPGA上實(shí)現(xiàn)三角波和正弦波調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生。從提高解調(diào)曲線性能出發(fā),對(duì)兩種調(diào)制信號(hào)的頻率和峰峰值參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化選取。(2)設(shè)計(jì)基于三角波和正弦波的解調(diào)模塊。根據(jù)三角波解調(diào)原理設(shè)計(jì)了三角波解調(diào)模塊,針對(duì)三角波調(diào)制時(shí)會(huì)出現(xiàn)上沖下跳畸變信號(hào),提出信號(hào)濾波處理技術(shù),改善了解調(diào)曲線的性能。根據(jù)數(shù)字鎖相解調(diào)原理和CORDIC算法設(shè)計(jì)了正弦波解調(diào)模塊,實(shí)現(xiàn)對(duì)正弦波信號(hào)的同步解調(diào)。(3)設(shè)計(jì)基于PI控制器的諧振頻率鎖定模塊。根據(jù)調(diào)制后諧振曲線和諧振點(diǎn)處的特征,利用入谷判據(jù)算法和PI控制器設(shè)計(jì)了諧振頻率鎖定模塊,實(shí)現(xiàn)了對(duì)一路諧振頻率的鎖定,鎖定時(shí)間為1.56ms。(4)設(shè)計(jì)基于串口通信的通信模塊。建立FPGA與PC之間的通信系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)FPGA內(nèi)模塊參數(shù)的實(shí)時(shí)修改以及對(duì)FPGA內(nèi)信號(hào)數(shù)據(jù)的高速采樣。通過(guò)上述工作,建立了RFOG實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。測(cè)試了三角波調(diào)制和正弦波調(diào)制下的諧振曲線和解調(diào)曲線,得到了曲線的特性參數(shù)。測(cè)試了系統(tǒng)的鎖定時(shí)間,證明該系統(tǒng)可以很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)一路諧振頻率的跟蹤鎖定。測(cè)試了系統(tǒng)的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)與零偏,得到陀螺零偏為0.279°/s,零偏穩(wěn)定性為474.31°/h,標(biāo)度因數(shù)為0.00759V(°/s)。
【圖文】：

第 1 章 緒論言螺儀是一種能得到物體轉(zhuǎn)動(dòng)角速度快慢的感應(yīng)器，故又稱為角速度傳感無(wú)參考環(huán)境的狀況下獲取載體相對(duì)于慣性空間的轉(zhuǎn)速，在慣性制導(dǎo)與導(dǎo)航大作用，，廣泛應(yīng)用于民用與國(guó)防領(lǐng)域[1]。前陀螺儀主要分為機(jī)械陀螺和光學(xué)陀螺兩大類，如圖 1.1 所示。機(jī)械陀螺學(xué)原理而制成的，是法國(guó)科學(xué)家付科于 1852 年首次提出，目前機(jī)械陀螺，普遍應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中[2]。然而由于機(jī)械陀螺運(yùn)動(dòng)部件較易受到磨損與預(yù)熱時(shí)間、成本高、壽命短、陀螺動(dòng)態(tài)范圍小，所以應(yīng)用前景受到了限

諧振式光纖陀螺數(shù)字信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)向散射噪聲。1991 年，該課題組又提出了采用部分?jǐn)?shù)字反饋來(lái)[28]，如圖 1.3 所示，得到 100°/h 的零偏穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH741

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2670055