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光纤陀螺调制与闭环控制技术研究

王振国  
【摘要】:在电信应用的推动下,20世纪70年代固态半导体光源、低损耗光纤以及探测器的研制取得了巨大成就。这使得以萨克奈克效应为理论基础的光纤陀螺有了得以实现的物质基础。光纤陀螺是没有转子的新型全固态惯性仪表,具有动态范围大、启动时间短、可靠性高、寿命长等优点,精度可以覆盖战术级到战略级,广泛应用于飞行器导航、导弹制导等军用领域以及车辆导航、机器人控制、钻井测斜等民用领域。光纤陀螺相比传统陀螺优势明显,已经成为惯导系统陀螺仪的首选。 首先,文章研究了干涉式光纤陀螺的光路结构与信号检测方案,重点研究了光纤陀螺调制方案中的正弦波调制、模拟锯齿波调制、三角波调制、二态方波调制、四态方波调制、双方波调制的原理以及方案的实现。并且分析了各种调制方案的优缺点以及适用条件。以二态方波为例,采用verilog HDL为设计语言搭建了光纤陀螺调制的基本模型。该模型包括了时钟控制器、A/D时序控制器、解调及滤波模块、方波生成器、反馈D/A及2π电压控制器。 随后,设计了光纤陀螺第一闭环回路以及第二闭环回路,分别对光源、光电探测器、Y波导的基本性能要求进行了分析,设计并实现了光纤陀螺检测电路板。同时,研究了半波电压波动的八种复位误差模式,并给出了补偿算法;采用串行DA芯片来控制反馈DA芯片参考电压的方式设计了第二闭环控制回路。 虽然采用双闭环控制设计检测电路可以满足中低精度光纤陀螺的要求,但是在实现的过程中还是会遇到零偏过大、存在死区、测量范围小等问题。在文章的最后,研究了提高光纤陀螺零偏稳定性、消除死区、扩展测量范围等技术手段,依据GJB2426-2004中规定的测试方法对采集的光纤陀螺数据进行刻度因数和零偏稳定性的分析。实验结果表明,性能指标满足设计预期,证实了方案的合理性和可行性。


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