【摘要】：諧振式光纖陀螺(RFOG)與傳統(tǒng)的干涉式光纖陀螺一樣基于光學(xué)Sagnac效應(yīng),其突出優(yōu)點是可用短光纖獲得高精度,是光纖陀螺小型化的重要途徑。相對于模擬信號檢測系統(tǒng),RFOG的數(shù)字信號檢測系統(tǒng)具有體積小、處理速度快、穩(wěn)定性好和抗干擾能力強等優(yōu)點。相對于單路閉環(huán)檢測,雙路閉環(huán)RFOG系統(tǒng)能夠提高系統(tǒng)的線性度和動態(tài)范圍。論文以FPGA為核心,設(shè)計并實現(xiàn)了雙路閉環(huán)RFOG的數(shù)字信號檢測系統(tǒng)。具體來說,本文主要開展了如下研究工作： (1)基于正弦相位調(diào)制解調(diào)技術(shù)設(shè)計并實現(xiàn)了RFOG的數(shù)字信號檢測系統(tǒng)。利用CORDIC算法,在FPGA上實現(xiàn)了正弦調(diào)制信號的產(chǎn)生及信號的同步解調(diào)。實驗結(jié)果表明,研制的數(shù)字信號檢測系統(tǒng)等效輸入噪聲為9.95nV√Hz。 (2)基于伺服控制器設(shè)計并實現(xiàn)了RFOG的諧振頻率伺服回路。在比例積分控制器的基礎(chǔ)上加入重積分項,用于抑制諧振頻率線性漂移引入的鎖定偏差,實驗結(jié)果表明,研制的伺服控制器極大地減小了鎖定回路的穩(wěn)態(tài)誤差。同時,通過設(shè)計自動控制復(fù)位技術(shù),有效地減小了伺服控制器溢出復(fù)位脈沖的影響,復(fù)位重新鎖定時間從8s降低到了5ms。 (3)基于相位調(diào)制器設(shè)計并實現(xiàn)了高精度的等效移頻器。通過改進數(shù)字鋸齒波調(diào)制技術(shù),提高了移頻器的移頻精度和移頻范圍。設(shè)計的移頻器頻率分辨率可達0.0075Hz,對于諧振腔直徑為12cm的RFOG,其等效檢測精度為0.03°/h。 (4)基于串口通信設(shè)計并實現(xiàn)了計算機與FPGA之間的通信系統(tǒng),實現(xiàn)了對FPGA參數(shù)的實時控制調(diào)節(jié)以及對FPGA內(nèi)部信號的高速采樣,增強了系統(tǒng)的靈活性和實用性。 將上述以FPGA為核心的數(shù)字信號檢測系統(tǒng)應(yīng)用于雙路閉環(huán)RFOG系統(tǒng),實驗結(jié)果表明：在1s積分時間下,諧振頻率伺服回路等效鎖定精度為0.18°/h(1σ)；在105s積分時間下,陀螺輸出的零偏穩(wěn)定性優(yōu)于0.5°/h；相對于單路閉環(huán)檢測,雙路閉環(huán)檢測RFOG系統(tǒng)將檢測范圍從±215°/s擴大到了±1507°/s,提高了7倍,在相同的±215°/s檢測區(qū)間內(nèi),標(biāo)度因素的非線性度從1.2%降低到了0.02%(200ppmm),改善了60倍。
[Abstract]:The resonator fiber optic gyroscope (Rfog) (RFOG) is based on the optical Sagnac effect just like the traditional interferometric fiber optic gyroscope. Its outstanding advantage is that it can obtain high precision by using short fiber optic fiber, which is an important way to miniaturize the fiber optic gyroscope. Compared with the analog signal detection system RFOG digital signal detection system has the advantages of small volume fast processing good stability and strong anti-jamming ability. Compared with single closed loop detection, double closed loop RFOG system can improve the linearity and dynamic range of the system. Taking FPGA as the core, this paper designs and implements a digital signal detection system of double closed loop RFOG. Specifically, the main research work of this paper is as follows: (1) the digital signal detection system based on RFOG is designed and implemented based on sinusoidal phase modulation and demodulation technology. Using CORDIC algorithm, sine modulation signal generation and synchronous demodulation are realized on FPGA. The experimental results show that the equivalent input noise of the digital signal detection system is 9.95nV Hz. (2) the resonant frequency servo loop of RFOG is designed and implemented based on servo controller. The double integral term is added to the proportional integral controller to suppress the locking deviation caused by the linear drift of the resonant frequency. The experimental results show that the developed servo controller greatly reduces the steady-state error of the locking loop. At the same time, by designing automatic control reset technology, the effect of overflow reset pulse of servo controller is reduced effectively. The reset and reset time is reduced from 8 s to 5 Ms. (3) based on the phase modulator, a high precision equivalent frequency shifter is designed and implemented. By improving the digital sawtooth wave modulation technology, the frequency shift accuracy and frequency range of the frequency shifter are improved. The frequency resolution of the designed frequency shifter can reach 0.0075 Hz. For the RFOG, whose resonator diameter is 12cm, the equivalent detection accuracy is 0.03 擄/ h. (4) the communication system between computer and FPGA is designed and implemented based on serial communication. The real-time control of FPGA parameters and the high-speed sampling of FPGA internal signals are realized, which enhances the flexibility and practicability of the system. The digital signal detection system with FPGA as the core is applied to the double-channel closed-loop RFOG system. The experimental results show that the equivalent locking accuracy of the resonant frequency servo loop is 0.18 擄/ h (1 蟽) at 1s integral time, and at 105s integral time, the equivalent locking accuracy of the resonant frequency servo loop is 0.18 擄/ h (1 蟽). The zero bias stability of gyroscope output is better than 0.5 擄/ h, and compared with single closed-loop detection, the double-channel closed-loop detection RFOG system expands the detection range from 鹵215 擄/ s to 鹵1507 擄/ s, which is seven times higher than that of the same 鹵215 擄/ s detection range. The nonlinearity of scale factor is reduced from 1.2% to 0.02% (200ppmm), which is improved by 60 times.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN911.23

【共引文獻】

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5 張e，

本文編號：2230182