諧振式光纖陀螺信號(hào)檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、諧振式光纖陀螺(Resonant Fiber Optic Gyro，RFOG)是一種基于光學(xué)Sagnac效應(yīng)的高精度慣性角速度傳感器，其核心敏感器件是光纖環(huán)形諧振腔(Fiber Ring Resonator，F(xiàn)RR)。與傳統(tǒng)的干涉式光纖陀螺相比，RFOG可以利用更短的光纖實(shí)現(xiàn)同樣的檢測(cè)精度，有利于系統(tǒng)的小型化。調(diào)制解調(diào)和諧振頻率伺服回路是RFOG信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)中的兩項(xiàng)重要技術(shù)，論文以FPGA為核心，對(duì)這兩個(gè)模塊進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能測(cè)試，并

2、應(yīng)用到實(shí)際RFOG中。主要研究工作如下:
　　(1)優(yōu)化設(shè)計(jì)并研制了數(shù)字正弦波相位調(diào)制同步方波解調(diào)模塊，從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面驗(yàn)證了同步方波解調(diào)的先進(jìn)性。數(shù)字正弦波調(diào)制信號(hào)白CORDIC算法產(chǎn)生，同步方波解調(diào)用數(shù)字開關(guān)實(shí)現(xiàn)，和同步正弦波解調(diào)技術(shù)相比，同步方波解調(diào)模塊能夠減少FPGA的資源占用，降低信號(hào)處理延時(shí);研制的同步方波解調(diào)模塊等效零輸入噪聲測(cè)試結(jié)果為9.33nV/√Hz，應(yīng)用于實(shí)際RFOG，測(cè)試得到的解調(diào)曲線斜率和短期零偏穩(wěn)定

3、性分別是采用同步正弦波解調(diào)模塊時(shí)的1.56和1.47倍。
　　(2)優(yōu)化設(shè)計(jì)了包含激光器和相位調(diào)制器反饋回路的諧振頻率伺服回路模塊，從環(huán)路傳遞函數(shù)出發(fā)，建立了諧振頻率伺服回路分析模型，分析了環(huán)路各模塊參數(shù)包括激光器和相位調(diào)制器兩個(gè)反饋回路中的低通濾波器時(shí)間常數(shù)、環(huán)路增益、延時(shí)和激光器反饋回路PI模塊中的積分時(shí)間對(duì)環(huán)路特性的影響，并優(yōu)化了環(huán)路參數(shù)。理論分析結(jié)果表明:優(yōu)化后的諧振頻率伺服回路，低頻處的噪聲抑制仍以激光器反饋回路為主，相

4、位調(diào)制器反饋回路則提供高頻處的噪聲抑制，能夠減小調(diào)制頻率偶倍頻處的激光頻率噪聲對(duì)RFOG檢測(cè)精度的影響;相位調(diào)制器反饋回路的低延時(shí)特性，能夠?qū)崿F(xiàn)激光頻率的快速跟蹤與鎖定，改善RFOG的溫變特性。
　　(3)研制了包含激光器和相位調(diào)制器反饋回路的諧振頻率伺服回路模塊，應(yīng)用于實(shí)際RFOG，通過對(duì)相位調(diào)制器施加不同調(diào)制頻率的正弦信號(hào)用于模擬激光頻率噪聲影響以及對(duì)RFOG快速溫變特性的測(cè)試，驗(yàn)證了該伺服模塊對(duì)高頻噪聲的抑制能力和快速響應(yīng)特