基于fpga的光纤陀螺仪信号处理

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1、计算机测量与控制.2006.14(12)#1704#ComputerMeasurement&Control设计与应用文章编号:16714598(2006)12170403中图分类号:TN91117文献标识码:B基于FPGA的光纤陀螺仪信号处理柳军,胡宗福(同济大学电信学院,上海200331)摘要:采用数字信号调制解调技术对光纤陀螺进行闭环控制可以有效地提高光纤陀螺的精度,以大规模可编程逻辑器件(FPGA)为基础,将光纤陀螺中的第一环路与第二环路的数字段合并,用单D/A产生数字阶梯波,同时实现数字调制和闭环反馈的功

2、能;基于VerilogHDL语言的两级模块设计与编程,完成各个信号的输入输出缓冲器的分配和闭环光纤陀螺全数字式信号处理;不同温度和输入的试验测试结果表明:陀螺的标度因子线性度优于80ppm,这说明基于FPGA信号处理核心的单D/A反馈回路方案设计是成功的。关键词:光纤陀螺;第二反馈回路;FPGASignalProcessingBasedonFPGAinFOGLiuJun,HuZongfu(SchoolofTelecommunicationengineering,TongjiUniversity,Shanghai2

3、00331,China)Abstract:Theclosed-loopcontrolmethodbasedondigitalmodulatinganddemodulatingtechnologycangreatlyimprovetheprecisionofFOG.FPGAisusedtodevelopthedigitalclosed-loopdetectingsystemofFOGbasedonintegratingbothofthefeedbackloops.digitalpartusingsingleA/D.

4、Practiceindifferenttemperaturesanddifferentinputsshowsthatthenonlinearityofscalefactorislessthan80ppm,andthedesignsystemhasgreatpracticalvalue.Keywords:FOG;secondfeedbackloop;FPGA0引言调制。由式(1),式(2)得到式(3)。I=I1[1+cos($5R?P/2)](3)光纤陀螺是一种高精度的传感测量设备,是惯性导航与制[1]希望陀螺干涉

5、信号总是保持一个较高的线性度,也就是要导的重要组成部分。光纤陀螺的工程化和产业化对系统的体求信号的工作点尽量控制在?P/2偏置点附近。闭环光纤陀螺积、功耗和稳定性等有严格的要求。高性能的FPGA具有容就是产生一个反馈相位$5F,反馈相位$5F是一个与$5R大量大,体积小的特点,以此为信号处理核心的光纤陀螺具有体小相等,符号相反的相位,如式(4)。当把$5F加到调制通道积小,稳定性好的优势。本文主要采用易于移植的Verilog上,就能够和$5R相互抵消,使得陀螺信号始终被控制在?HDL语言来实现FPGA软件设计,实

6、现了基于单D/A第二反馈回路的闭环光纤陀螺信号处理系统[2],并给出了性能及测试P/2偏置点附近。$5F=-$5R=-k88(4)结果。全数字闭环光纤陀螺系统基本结构如图1所示[4]。1数字光纤陀螺基本原理光纤陀螺仪是根据萨格纳克效应研制的。光在萨格纳克效应中产生的光程差与旋转角速度成正比,从而可通过光的干涉结果推算角速度的光纤传感器件。此时萨格纳克相位差为2PLD$

7、其响应为I=I1(1+cos$

8、,湖北松滋人,硕士,主要从事混合定滤波后由ADC进行采样,再由数字电路完成数字解调和积分,位与导航方向的研究。用积分值去控制数字阶梯波的阶梯高度。这种数字闭环控制技胡宗福(1959),安徽人,副教授,主要从事光纤传感与光纤通信方[5]术称之为Serrodyne反馈。这里反馈信号由数字电路控制直面的研究。接进行复位控制,测量范围易于拓宽,数值积分后的数字量反中华测控网chi