双路闭环谐振式微光学陀螺数字信号检测系统设计和实现

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1、浙江大学硕士学位论文摘要光学陀螺是一种基于光学Sagnac效应，检测运载体相对惯性空间的旋转角速度的高精度传感器，应用于导航和惯性制导系统。谐振式微光学陀螺(ResonantMicroOpticGyro，RMOG)以光波导谐振腔(Waveguide-typeRingResonator，WRR)为Sagnac效应敏感环，相比于光纤陀螺，在小型化和集成化上具有无可取代的优势。相比于单路闭环RMOG，双路闭环可以更好地抑制互易性噪声，并改善陀螺带宽。论文在完善和优化单路闭环RMOG数字检测系统的基础上，首次实现了以单片FPG

2、A为核心的双路闭环全数字检测系统，并应用于实际RMOG系统，相较于由分立仪器构成的检测电路来说，它不仅具有噪声低、延时小、可靠性高、可配置性强等优点，更利于RMOG的集成化。论文基于正弦相位调制和环路锁定技术，构建了RMOG数字检测系统，完成低噪声、低延时设计。在此基础上，通过方案对比，确定采用直接数字频率合成器(DirectDigitalFrequencySynthesizer，DDS)为声光移频器(AcousticOpticFrequencyShifter，AOFS)的驱动电路，在满足频率分辨率同时，不会额外引入相

3、位噪声，且易于信号提取。以单片FPGA为核心的硬件平台上实现了双路闭环RMOG数字检测系统，包括调制解调、比例积分(ProportionalIntegrator，PI)反馈控制、DDS时序控制、陀螺信号提取等模块。测试结果表明，研制的数字检测系统等效输入噪声低于5．53nV／～／Hz，应用于谐振腔直径为2．5cm的RMOG，等效检测精度为30。／h。第一闭环检测电路处理延时约为1．1肛s，第二闭环检测电路处理延时约为1．61as，相比于分立仪器实现所需的300肛s延时，具有很大改善，有利于提高环路增益，抑制互易性噪声；

4、第二闭环路中的DDS频率分辨率为0．116Hz，相当于陀螺以2．150／h转动所产生频差，完全满足系统的频率控制精度要求。在上述基础上，将数字检测系统应用于双路闭环RMOG系统，并进行相关测试。1小时测试结果，RMOG双路等效锁定精度分别为0．00390／s和0．00550／s，输出带宽为1s积分时间时，陀螺的长期零偏稳定性为0．5020／s；并且可以清晰地分辨出频率为O．1Hz、峰值为士0．10／s的正弦摆动，并且在士0．50／s--a：10000／s的测试范围内，标度因素非线性度由单路闭环的0．448％降至o．13

5、1％。关键词：谐振式微光学陀螺、双路闭环、数字检测系统、FPGAII浙江大学硕士学位论文AbstractAnopticgyroisakindofthehigh-precisioninertialangularrotationsensorbasedontheSagnaceffect．It’Swidelyusedinthenavigationandinertialguidancesystems．Comparedwithafiberopticgyro，aresonantmicroopticgyro(RMOG)withawav

6、eguide-typeringresonator(WRR)hastheirreplaceableadvantagesforminiaturizationandintegration．Thedoubleclosed·loopRMOGisbeaerthanthesingleclosed—loopRMOGforthereductionofreciprocalnoises，theenhancementofgyrobandwidthandtheimprovementofthenonlinearity．Thedigitalsign

7、alprocessorforthesingleclosed-loopRMOGisimprovedandoptimizedandadigitalprocessorforthedoubleclosed．100pRMOGisdesignedandfirstlyconstructedonasinglefield-programmablegatearray(FPGA)．Thisdigitalprocessornotonlyhastheperformanceoflow．noise，low．delay,high-reliabilit

8、yandhigh-configurability,butalsoisbeneficialfortheintegrationoftheRMOG．Alow．noise，low．delaydigitalsignalprocessorfortheRMOGisdesignedbytheclreticalanalysisandsimulati