基于FPGA的雙激光器諧振式光纖陀螺信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間：2020-12-09 03:56
陀螺儀作為一種角速度傳感儀器,被廣泛應(yīng)用于民用、軍事等領(lǐng)域,小至手機(jī)、汽車,大到火箭、衛(wèi)星等。諧振式光纖陀螺儀利用Sagnac效應(yīng)結(jié)合諧振腔形成的多光束干涉產(chǎn)生的諧振現(xiàn)象,通過檢測(cè)順逆時(shí)針兩路光諧振點(diǎn)頻率之差來獲得角速度信息,然而Sagnac效應(yīng)十分微弱,需要運(yùn)用微弱信號(hào)處理的方法來進(jìn)行信號(hào)的檢測(cè),將角速度信息從眾多噪聲中提取出來。對(duì)于諧振式光纖陀螺,瑞利背向散射噪聲是最主要的噪聲之一,對(duì)于第一類背向散射噪聲現(xiàn)在已經(jīng)有成熟的方案來抑制,對(duì)于第二類背向散射噪聲的主流抑制方法還是載波抑制,但此種方法有兩大缺點(diǎn),其一是容易受外界溫度變化的影響,其二是要做到調(diào)制電壓的精確控制很難�；谝陨涎芯楷F(xiàn)狀,本文從抑制第二類背向散射的目的出發(fā),采用兩個(gè)激光器來搭建諧振式光纖陀螺系統(tǒng),結(jié)合光鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)從激光器對(duì)主激光器頻率的跟蹤和鎖定,建立了雙激光器諧振式光纖陀螺的信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng),具體開展了以下的研究工作:(1)針對(duì)單激光器光源的諧振式光纖陀螺第二類背向散射噪聲難以抑制的問題,提出并設(shè)計(jì)了雙激光器系統(tǒng)的總體方案,并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了信號(hào)檢測(cè)原理的分析,然后對(duì)方案設(shè)計(jì)的重要器件進(jìn)行了分析和選型。(2)針對(duì)應(yīng)用于諧...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
采用數(shù)字鋸齒波相位調(diào)制技術(shù)的RFOG美國(guó)最主要的研究諧振式光纖陀螺的單位是Honeywell公司，1988年，Honeywell公司的G.A.Sanders等人首次提出使用鈮酸鋰相位調(diào)制器代替聲光
CurrentcontrolPD1PD2BPF2（2fm）BPF2（fm）Sensing loopPPR0（fm）HCLDM Isolator×LPF Gyro outputDBM2DBM1C1C2C3C4圖 1-4 直接光源頻率調(diào)制的 RFOG 系統(tǒng) 年,Tokyo Institute of Technology 的 M.Ohtsu 和 S.Acaki 采用了率的方法[41]，用 50kHz 的正弦波對(duì)激光器輸出進(jìn)行了調(diào)制。在抑制光源頻率噪聲，將調(diào)制頻率提高到 5MHz[33]，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如不斷研究，在 1996 年通過調(diào)制參數(shù)的改進(jìn)以及激光器優(yōu)化，36°/h 的陀螺轉(zhuǎn)速信號(hào)，但漂移很大[29]。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文1988 年，Honeywell 公司 G.A.Sanders 等人采用基于保偏光纖組成諧振 RFOG 系統(tǒng)[32]，在 CW 與 CCW 路光進(jìn)入諧振腔之前分別利用兩個(gè)全光纖調(diào)制器進(jìn)行相位調(diào)制。CCW 光路的解調(diào)信號(hào)作為誤差信號(hào)，反饋環(huán)內(nèi) PZ諧諧振腔腔長(zhǎng)，CCW 鎖定光路諧振頻率，光路的解調(diào)信號(hào)作為誤差信號(hào)，調(diào)諧光路的移頻，鎖定光路諧振頻率，陀螺信號(hào)由兩個(gè) AOM 的頻差信號(hào)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1-5 所示。國(guó)內(nèi)對(duì)諧振式光纖陀螺信號(hào)檢測(cè)技術(shù)的研究比較晚，在 2011 年，浙江大研究人員通過雙相位調(diào)制技術(shù)[25-26]實(shí)現(xiàn)了諧振式微光陀螺的調(diào)制鎖頻及抑制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1-6 所示，通過解調(diào)誤差信號(hào)將激光器的中心頻率鎖 CW 方向的諧振頻率上，而 CCW 路的解調(diào)輸出則作為陀螺輸出信號(hào)，通個(gè)相位調(diào)制器來實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)制載波的抑制，和傳統(tǒng)的方法相比，調(diào)制系數(shù)的性和溫度穩(wěn)定性均提高了 30 倍，將背散噪聲水平降至610 rad/s。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]角速度傳感測(cè)試系統(tǒng)中鎖頻模塊的應(yīng)用研究[J]. 張蔚云,閆樹斌,薛晨陽(yáng),甄國(guó)涌. 傳感器與微系統(tǒng). 2014(03)
[2]諧振式陀螺檢測(cè)信號(hào)調(diào)制技術(shù)研究[J]. 張建輝,徐鵬飛,馬可貞,薛晨陽(yáng),張文棟,閆樹斌. 傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2013(07)
[3]諧振式微光學(xué)陀螺頻率跟蹤與鎖定技術(shù)研究[J]. 洪靈菲,張春熹,馮麗爽,雷明,馬迎建. 中國(guó)激光. 2011(09)
[4]諧振式光纖陀螺偏振噪聲分析[J]. 林惠祖,胡永明,姚瓊. 光學(xué)與光電技術(shù). 2010(03)
[5]光子晶體光纖及其在光纖陀螺中的應(yīng)用[J]. 殷建玲,魯軍,劉軍. 傳感器世界. 2010(05)
[6]諧振式微型光學(xué)陀螺鎖頻精度分析[J]. 鮑慧強(qiáng),毛慧,馬慧蓮,金仲和. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版). 2010(01)
[7]光纖陀螺技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及其應(yīng)用[J]. 羅睿,張瑞君. 中國(guó)電子商情(基礎(chǔ)電子). 2009(04)
[8]硅基微光學(xué)諧振式陀螺瑞利背向散射噪聲分析[J]. 于懷勇,張春熹,馮麗爽,洪靈菲,邢濟(jì)武. 光學(xué)學(xué)報(bào). 2009(03)
[9]慣性導(dǎo)航中陀螺儀的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 張均紅,趙君轍. 科協(xié)論壇(下半月). 2008(07)
[10]諧振式光纖陀螺環(huán)路鎖頻技術(shù)研究[J]. 楊雪鋒,鄭陽(yáng)明,馬慧蓮,金仲和. 傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2007(05)
博士論文
[1]基于新型光子晶體光纖諧振式陀螺技術(shù)研究[D]. 王振鵬.哈爾濱工程大學(xué) 2018
[2]諧振式微光學(xué)陀螺研究[D]. 毛慧.浙江大學(xué) 2011
[3]光纖諧振腔及諧振腔光纖陀螺關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 姚瓊.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2006
碩士論文
[1]諧振式光纖陀螺的光學(xué)噪聲抑制與信號(hào)檢測(cè)技術(shù)[D]. 李明.深圳大學(xué) 2017
[2]諧振式光纖陀螺中信號(hào)檢測(cè)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D]. 張焱.東南大學(xué) 2017
[3]諧振式光纖陀螺小型化技術(shù)研究[D]. 李強(qiáng).浙江大學(xué) 2015
[4]光鎖相環(huán)中激光頻率捕獲的關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 李恩.電子科技大學(xué) 2012
本文編號(hào)：2906225
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
采用數(shù)字鋸齒波相位調(diào)制技術(shù)的RFOG美國(guó)最主要的研究諧振式光纖陀螺的單位是Honeywell公司，1988年，Honeywell公司的G.A.Sanders等人首次提出使用鈮酸鋰相位調(diào)制器代替聲光
CurrentcontrolPD1PD2BPF2（2fm）BPF2（fm）Sensing loopPPR0（fm）HCLDM Isolator×LPF Gyro outputDBM2DBM1C1C2C3C4圖 1-4 直接光源頻率調(diào)制的 RFOG 系統(tǒng) 年,Tokyo Institute of Technology 的 M.Ohtsu 和 S.Acaki 采用了率的方法[41]，用 50kHz 的正弦波對(duì)激光器輸出進(jìn)行了調(diào)制。在抑制光源頻率噪聲，將調(diào)制頻率提高到 5MHz[33]，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如不斷研究，在 1996 年通過調(diào)制參數(shù)的改進(jìn)以及激光器優(yōu)化，36°/h 的陀螺轉(zhuǎn)速信號(hào)，但漂移很大[29]。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文1988 年，Honeywell 公司 G.A.Sanders 等人采用基于保偏光纖組成諧振 RFOG 系統(tǒng)[32]，在 CW 與 CCW 路光進(jìn)入諧振腔之前分別利用兩個(gè)全光纖調(diào)制器進(jìn)行相位調(diào)制。CCW 光路的解調(diào)信號(hào)作為誤差信號(hào)，反饋環(huán)內(nèi) PZ諧諧振腔腔長(zhǎng)，CCW 鎖定光路諧振頻率，光路的解調(diào)信號(hào)作為誤差信號(hào)，調(diào)諧光路的移頻，鎖定光路諧振頻率，陀螺信號(hào)由兩個(gè) AOM 的頻差信號(hào)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1-5 所示。國(guó)內(nèi)對(duì)諧振式光纖陀螺信號(hào)檢測(cè)技術(shù)的研究比較晚，在 2011 年，浙江大研究人員通過雙相位調(diào)制技術(shù)[25-26]實(shí)現(xiàn)了諧振式微光陀螺的調(diào)制鎖頻及抑制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1-6 所示，通過解調(diào)誤差信號(hào)將激光器的中心頻率鎖 CW 方向的諧振頻率上，而 CCW 路的解調(diào)輸出則作為陀螺輸出信號(hào)，通個(gè)相位調(diào)制器來實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)制載波的抑制，和傳統(tǒng)的方法相比，調(diào)制系數(shù)的性和溫度穩(wěn)定性均提高了 30 倍，將背散噪聲水平降至610 rad/s。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]角速度傳感測(cè)試系統(tǒng)中鎖頻模塊的應(yīng)用研究[J]. 張蔚云,閆樹斌,薛晨陽(yáng),甄國(guó)涌. 傳感器與微系統(tǒng). 2014(03)
[2]諧振式陀螺檢測(cè)信號(hào)調(diào)制技術(shù)研究[J]. 張建輝,徐鵬飛,馬可貞,薛晨陽(yáng),張文棟,閆樹斌. 傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2013(07)
[3]諧振式微光學(xué)陀螺頻率跟蹤與鎖定技術(shù)研究[J]. 洪靈菲,張春熹,馮麗爽,雷明,馬迎建. 中國(guó)激光. 2011(09)
[4]諧振式光纖陀螺偏振噪聲分析[J]. 林惠祖,胡永明,姚瓊. 光學(xué)與光電技術(shù). 2010(03)
[5]光子晶體光纖及其在光纖陀螺中的應(yīng)用[J]. 殷建玲,魯軍,劉軍. 傳感器世界. 2010(05)
[6]諧振式微型光學(xué)陀螺鎖頻精度分析[J]. 鮑慧強(qiáng),毛慧,馬慧蓮,金仲和. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版). 2010(01)
[7]光纖陀螺技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及其應(yīng)用[J]. 羅睿,張瑞君. 中國(guó)電子商情(基礎(chǔ)電子). 2009(04)
[8]硅基微光學(xué)諧振式陀螺瑞利背向散射噪聲分析[J]. 于懷勇,張春熹,馮麗爽,洪靈菲,邢濟(jì)武. 光學(xué)學(xué)報(bào). 2009(03)
[9]慣性導(dǎo)航中陀螺儀的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 張均紅,趙君轍. 科協(xié)論壇(下半月). 2008(07)
[10]諧振式光纖陀螺環(huán)路鎖頻技術(shù)研究[J]. 楊雪鋒,鄭陽(yáng)明,馬慧蓮,金仲和. 傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2007(05)
博士論文
[1]基于新型光子晶體光纖諧振式陀螺技術(shù)研究[D]. 王振鵬.哈爾濱工程大學(xué) 2018
[2]諧振式微光學(xué)陀螺研究[D]. 毛慧.浙江大學(xué) 2011
[3]光纖諧振腔及諧振腔光纖陀螺關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 姚瓊.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2006
碩士論文
[1]諧振式光纖陀螺的光學(xué)噪聲抑制與信號(hào)檢測(cè)技術(shù)[D]. 李明.深圳大學(xué) 2017
[2]諧振式光纖陀螺中信號(hào)檢測(cè)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D]. 張焱.東南大學(xué) 2017
[3]諧振式光纖陀螺小型化技術(shù)研究[D]. 李強(qiáng).浙江大學(xué) 2015
[4]光鎖相環(huán)中激光頻率捕獲的關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 李恩.電子科技大學(xué) 2012
本文編號(hào)：2906225
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