基于FPGA的谐振式光纤陀螺信号检测系统设计研究

发布时间：2025-05-28 23:13

　　谐振式光纤陀螺是一种新型的高精度角速度传感器件。因为基于光学Sagnac效应理论基础的谐振腔的输出信号特别微弱,同时在光路和电路中又容易引入各种噪声和干扰,会直接降低陀螺转动角速度输出精度,所以陀螺信号检测处理系统设计极为关键。本文主要研究陀螺系统信号的噪声处理,从光学背散射噪声抑制、陀螺信号分离、数字滤波等几方面来提升陀螺系统信噪比,从而提高信号检测系统精度,最终提高陀螺的角速度测量精度。本课题采用以FPGA芯片为核心的检测系统,对陀螺信号进行相应地检测处理。论文主要研究内容与成果如下:基于Sagnac效应详细推导并阐述光波在光路传输过程产生的谐振曲线及调制解调曲线特性。由于光波在传输时也产生大量的背散射噪声,为抑制背散射噪声,建立其数学模型,搭建背散射噪声模型进行实验,观察背向散射波动变化。然后通过两路频率不同的相位调制技术加以抑制,在相位调制过程中,调制信号的振幅大小对陀螺信号尤为敏感。因此,首先理论推导相位调制器最佳调制电压;然后搭建自外差光路测出调制电压与载波抑制比的对应关系,找到最佳调制电压;为了进一步观察最大载波抑制比的效果,通过多次实验数据,得到调制电压对陀螺信噪比和陀螺...

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2.1 Sagnac效应示意图

1913年法国物理学家GeorgesSagnac发现并通过实验论证了Sagnac效应[50]:某个任意闭合几何形状光路中,在光路任意位置发出相互反向传输的两束光波,传播一周后相遇在原出发点时,如果这个闭合回路相对于光波传输平面发生旋转,那么这两束光波的光程差或频率差与此时的旋转....

图2.2反射式FRR的光场传播示意图

图2.2是反射式谐振腔FRR的光场传输示意图。光波从端口1输入经过耦合器C,一部分光直接通过耦合器的直通端从端口4输出,这部分光称为直通光,另一部分光经过C端口3进入环形谐振腔内,这部分光称为耦合光。进入到腔内的耦合光传输一周后又分为两部分光,其中耦合光经过耦合器输出到端口4与原....

图2.3谐振腔输出的谐振曲线

根据2.2节式(2-10)对RFOG工作原理的理论研究分析后进行Matlab仿真,主要仿真参数:耦合器C直通端的分光比k为0.95,耦合器C的附加损耗为0.31dB,腔长L为13.8m,光纤传输损耗为0.5dB/km,激光器线宽为3kHz,光纤有效折射率n为1.45,锯齿波扫频频....

图2.4 FRR输出的三角波调制曲线

根据式(2-16)的三角波调制曲线理论仿真分析,如图2.4所示,三角波调制电压峰峰值为7.6V,调制频率为58kHz,扫频信号为频率0.5Hz,幅值0.5V的锯齿波。从图2.4看出,调制后的曲线为方波形式,且在调制曲线的底部有明显的谐振谷分裂现象。根据式(2-17)的三角波解调....

本文编号：4048355