光纖陀螺作為利用Sagnac效應(yīng)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角速度的慣性傳感器,廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事國(guó)防、民用導(dǎo)航等領(lǐng)域。光纖陀螺主要包括諧振式光纖陀螺(RFOG)、干涉式光纖陀螺、布里淵型光纖陀螺三大類(lèi),其中布里淵型光纖陀螺尚處于研究初級(jí)階段,干涉式光纖陀螺已在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。諧振式光纖陀螺原理上利用長(zhǎng)度在十幾米以下的光纖繞制的光纖環(huán)形諧振腔就可以實(shí)現(xiàn)與干涉式光纖陀螺相同的高檢測(cè)精度,正越來(lái)越吸引國(guó)內(nèi)外各機(jī)構(gòu)的研究興趣,成為下一代最有潛力、最受矚目的光纖陀螺。由于Sagnac效應(yīng)十分微弱,諧振式光纖陀螺的信號(hào)檢測(cè)技術(shù)對(duì)于其能達(dá)到的檢測(cè)精度有著決定性的作用。然而目前的諧振式光纖陀螺信號(hào)處理技術(shù)尚不能對(duì)RFOG系統(tǒng)中的背向散射噪聲和克爾噪聲起到很好的抑制作用。本文基于三激光器雙路閉環(huán)復(fù)合拍頻技術(shù),設(shè)計(jì)一種三激光器諧振式光纖陀螺,可以從原理上抑制背向散射噪聲,同時(shí)本文設(shè)計(jì)的三激光器RFOG系統(tǒng)中包含兩個(gè)諧振腔入腔光功率波動(dòng)抑制回路,可以有效抑制系統(tǒng)中克爾噪聲。本文主要包括以下幾個(gè)方面:(1)基于諧振式光纖陀螺基本原理和三激光器雙路閉環(huán)符合拍頻技術(shù),設(shè)計(jì)一種包含光功率波動(dòng)抑制回路的三激光器諧振式光纖陀螺系統(tǒng),并對(duì)該RFOG系統(tǒng)抑制背向散射噪聲和克爾噪聲方面的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析。(2)對(duì)本文設(shè)計(jì)的RFOG信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析,主要包括三激光器RFOG系統(tǒng)中諧振頻率伺服回路、光鎖相環(huán)回路和光功率波動(dòng)抑制回路。首先通過(guò)環(huán)路仿真完成了諧振頻率伺服回路中伺服控制器的設(shè)計(jì),然后基于光鎖相環(huán)技術(shù),對(duì)RFOG系統(tǒng)中的零差式光鎖相環(huán)路和外差式光鎖相環(huán)路進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)和建模仿真,最后通過(guò)對(duì)偶次諧波解調(diào)輸出與入腔光功率的關(guān)系推導(dǎo)以及聲光移頻器對(duì)光功率調(diào)節(jié)作用的特性分析,確立用二次諧波解調(diào)輸出抑制入腔光功率波動(dòng)的方案并對(duì)光功率波動(dòng)抑制回路進(jìn)行仿真分析。(3)具體闡述了三激光器RFOG信號(hào)處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn),包括總體方案設(shè)計(jì)、硬件電路實(shí)現(xiàn)和FPGA中各個(gè)軟件模塊的實(shí)現(xiàn),其中FPGA中軟件模塊主要包括調(diào)制模塊、解調(diào)模塊、諧振頻率伺服控制模塊、光鎖相環(huán)模塊和光功率波動(dòng)抑制模塊。(4)對(duì)三激光器RFOG系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試,主要包括模塊功能測(cè)試和系統(tǒng)整體測(cè)試。其中模塊功能測(cè)試主要包括調(diào)制信號(hào)測(cè)試。諧振現(xiàn)象、前置濾波效果測(cè)試、諧振頻率伺服回路測(cè)試和光功率波動(dòng)抑制回路測(cè)試。系統(tǒng)整體測(cè)試包括背向散射噪聲測(cè)試和克爾噪聲測(cè)試。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TN248;TP212
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文用 Z-N 整定法得到的 PI 控制器傳遞函數(shù)為： 1.242 1.0251PIsG ss 用 Z-N 整定法得到的 PID 控制器傳遞函數(shù)為： 223.162 -4.882 1.825-1.259 0.4278PIDs sG ss s 在 PI 控制下和 PID 控制下的階躍響應(yīng)分別如圖 3-4 和圖 3-5 所示看出，PI 控制和 PID 控制的響應(yīng)時(shí)間近似，PID 控制的超調(diào)量更 PID 控制器作為伺服控制器。

2-1.259 0.4278PIDs s 在 PI 控制下和 PID 控制下的階躍響應(yīng)分別如圖 3-4 和圖 3-5 所示看出，PI 控制和 PID 控制的響應(yīng)時(shí)間近似，PID 控制的超調(diào)量更 PID 控制器作為伺服控制器。圖 3-4 PI 控制下的階躍響應(yīng)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 DDS 信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的外部參考信號(hào)頻率為 1MHz，得到環(huán)仿真波形如圖 3-15 所示，可以看出外差式光鎖相環(huán)路的環(huán)路斷振蕩并趨于穩(wěn)定且最終穩(wěn)定在 0 附近，當(dāng)環(huán)路濾波器輸出近時(shí)，被控激光器的調(diào)諧端不再有反饋電壓，被控激光器的，表明兩激光器頻率最終被成功鎖定。

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