干涉式光纤陀螺数字闭环技术研究

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1、：分类密级：ＵＤＣ：编号工学硕士学位论文干涉式光纤陀螺数字闭环技术研究硕士研究生：岳博指导教师：黄卫权教授学科、专业：控制科学与工程｜论文主审人：丁继成副教授哈尔滨工程大学２０１７年１２月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文干涉式光纤陀螺数字闭环技术研究硕士研究生：岳博指导教师：黄卫权教授学科、专业：控制科学与工程论文主审人：丁继成副教授哈尔滨工程大学2017年12月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文干涉式光纤陀螺数字闭环技术研究硕士研究生：岳博指导教师：黄卫权教授学位级别：工

2、学硕士学科、专业：控制科学与工程所在单位：自动化学院论文提交日期：2017年12月13日论文答辩日期：2018年3月7日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngResearchonDigitalClosedLoopTechnologyofInterferometricFiberOpticGyroscopeCandidate:YueBoSupervisor:Prof.HuangWeiquanAcademicDegreeAppliedfor:M

3、asterofEngineeringSpecialty:ControlscienceandEngineeringDateofSubmission:Dec.13,2017DateofOralExamination:Mar.7,2018University:HarbinEngineeringUniversity摘要光纤陀螺是新一代惯性仪表，它可以敏感到载体相对于惯性空间的旋转角速度，是惯导系统的重要组成部分。理论上它是一种结构简单、精度较高的全固态惯性器件，但由于实验室现有的陀螺板电路原理图设计不合理、PCB布局布线的不规范及信号解调调制

4、时序不严谨等原因，造成现有陀螺板的精度较低、控制性能不稳定等缺点。所以对现有陀螺板的重新设计显得非常有必要。本文重新设计了光纤陀螺电路部分的原理图和PCB，并在此基础上用Verilog语言对陀螺的解算及调制进行了新的设计和仿真，提出并实现了陀螺的角增量输出，完成了对所设计陀螺板整体性能的实际测试。对干涉式光纤陀螺数字闭环技术有了比较深入的研究。首先根据干涉式光纤陀螺的工作原理，确定了大体控制方案的设计。按照信号的流向和特点提出应有的电路功能并初步确立器件型号的选取。完成陀螺的电路部分设计方案。针对于前端信号的复杂性和重要性，对陀螺前端

5、检测电路提出细致分析研究，设计了低噪声的高性能滤波放大电路。通过细读数据手册完成了A/D及其驱动电路。完成了FPGA的选择和配置电路。陀螺板的后端电路设计了D/A转换电路，增加了陀螺板串口通信功能，对完成的原理图部分建模仿真，证明了原理图的正确性。分析了设计PCB的规则及电路的EMI和EMC问题，对PCB进行分层及布局布线，完成了四层陀螺板的PCB设计。其次完成光纤陀螺数字闭环系统的FPGA实现。给出了闭环系统FPGA实现的整体思路。将设计方案按功能分为几个单独的功能模块，用Verilog语言完成了两个数字闭环的实现，完成了信号的解调

6、/调制，解调出开环数字量和增益误差数字量、生成调制波数字量。对开环数字量信号积分，生成相位台阶波，再次积分生成数字阶梯波，完成阶梯波和调制波的数字叠加。通过串口实现了相位台阶数字量和角增量的输出。用modelsim对设计的每个功能模块和整个闭环系统的数字实现进行仿真，验证了FPGA实现的准确性。最后对设计的陀螺板进行实际功能验证。对设计的PCB进行板级功能验证，用Verilog编写板上D/A、串口等硬件的实现代码，用示波器观测波形输出，以说明硬件和代码的准确性。基于等效输入的方法对设计的陀螺板和FPGA的调制方案性能进行测试。分析加入

7、等效激励信号后陀螺板的输出数据，得到陀螺板的控制跟踪能力。基于单轴转台实际测试，Labview录取转台和陀螺的动态数据，对比二者的实际输出数据，完成陀螺板的实际动态性能测试，给出设计陀螺的带宽等性能参数。关键词：光纤陀螺；原理图设计；数字闭环；动态性能测试ABSTRACTThefiberopticgyroscopeisanewgenerationofinertialinstrument,itcanbesensitivetotherotationalangularvelocityofthecarrierrelativetotheiner

8、tialspace,anditisanimportantpartoftheinertialnavigationsystem.Intheory,itisakindofallsolidstateinertialdevicew