基于单片FPGA的谐振式光纤陀螺数字系统设计与实现.pdf

《基于单片FPGA的谐振式光纤陀螺数字系统设计与实现.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第24卷第9期传感技术学报Vo1．24No．9CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSSep．20112011年9月DesignandImplementationoftheDigitalDetectionCircuitforRFOGBasedonaSingleFPGAYAOLingzhiMAHuilian，JINZhonghe(DepartmentofInformationScienceandElectronicEngineering，ZhejiangUniversity，Hangzh

2、ou310027，China)Abstract：Resonatorfiberopticgyro(RFOG)isalate-modelopticalsensortomeasurerotationvelocity，ofwhichresonantfrequencyischangedthroughtheSagnaceffect．Comparedwiththetraditionalanaloguecircuit，thedetectionsystembasedonadigitalcircuithasadvantagesofhi

3、ghstability，stronganti-interferenceabilityandswiftsignalprocessing，smallsizeandeasyintegration．AdigitalRFOGbasedonFPGAissetup．Theresonantfrequencyservoloopbasedontheproportionintegrationcontrollerandtheautomaticcompensationcircuitsforvoltagedriftofthephasemodu

4、lator，aswellasthesecondclosed—loopareallrealizedwithasingleFPGA．Applyingthedigitaldetectioncircuitwiththeclosed-loopoperationtotheRFOGsystem，thefunctionsoftheFPGAareverifiedexperi-mentally．Onthisbasis，thegyrorotationsignaliSobservedsuccessfully．Keywords：optica

5、lsensor；resonatorfiberopticgyro；closed—loop；PIfeedback；FPGAEEACC：7630doi：10．3969／j．issn．1004-1699．2011．09．007基于单片FPGA的谐振式光纤陀螺数字系统设计与实现姚灵芝，马慧莲，金仲和(浙江大学信息与电子工程学系，杭州310027)摘要：谐振式光纤陀螺(ResonatorFiberOpticGyro，RFOG)是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速度的一种新型光学传感器，在小型化和集成化方面具有明

6、显优势。相比于传统的模拟检测技术，数字检测技术具有稳定性好、抗干扰能力强、处理速度快和体积小、易于集成等优势。本文设计了基于现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray，FPGA)的数字RFOG系统，在单片FPGA上实现了基于比例积分控制的谐振频率伺服回路、相位调制器复位电压漂移补偿回路和第二闭环反馈控制回路。最后将研制的基于单片FPGA的闭环数字检测电路应用于实际RFOG系统，验证了上述功能，并实际检测了陀螺信号。关键词：光学传感器；谐振式光纤陀螺；闭环锁定；PI反馈；FPGA中图分类号

7、：TN815；TN911．74文献标识码：A文章编号：1004—1699(2011)09—1260—05谐振式光纤陀螺(ResonatorFiberOpticGyro，调制的谐振式光纤陀螺全数字闭环处理系统，包括调RFOG)是一种基于Sagnac效应的高精度新型传感器，制信号的产生、信号的同步解调以及数字反馈控制等其敏感器件光纤环形谐振腔(FiberRingResonator，功能。重点实现了基于比例积分(ProportionFRR)可以采用很短的光纤或集成光学的方法实现，因Integration，PI)控制技术的

8、谐振频率伺服回路、相位调而在小型化和集成化上具有独特的优势_1。由于制器(PhaseModulator，PM)的复位电压漂移补偿回路Sagnac效应是一种极其微弱的效应，信号检测技术在和第二闭环反馈控制回路。三个回路的设计和实现，RFOG中占有重要的地位。相比于模拟电路，基于数字使谐振式光纤陀螺在锁频精度、检测精度和动态范围电路的检测系统具有稳定性好、抗干扰