慢光光纤陀螺信号检测电路设计

论文摘要

本文以采用慢光技术的新型高灵敏度光纤陀螺为研究对象。在简要的介绍了Sagnac效应基本原理之后,主要分析了当采用慢光技术时对慢光光纤陀螺标度因数的影响,以及采用慢光技术时光纤陀螺相对传统光纤陀螺结构的变化。针对采用慢光技术带来光纤陀螺标度因数的巨大提高,设计了直接检测时间差方案。该方案采用TDC芯片直接量化微小时间差。根据设计要求,整个系统由光电转换器PIN,高速比较器,电平转换器,时间差量化芯片以及数据处理单元组成,为了抑制电路中的随机噪声,还引入了数字滤波器以及其在DSP中的实现。闭环光纤陀螺相位检测是传统光纤陀螺检测方案,作为慢光光纤陀螺的补充方案,研究了闭环光纤陀螺相位调制的原理,主要是相位置零回路的研究。相位置零回路由阶梯波与方波调制模块两个部分组成,使用Verilog语言描述数字逻辑,并进行了布局布线后仿真。光纤陀螺数据中存在着各种成分的随机噪声。为了分析各种噪声对数据的影响,论述了陀螺光源噪声,寄生效应,电路和外部环境等因素产生的随机噪声;针对此类噪声特点,提出将小波滤波理论应用到光纤陀螺信号降噪中,给出了实际陀螺信号经过小波滤波处理后的数据曲线分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 光纤陀螺的分类
• 1.3 光纤陀螺的发展及现状
• 1.3.1 光纤陀螺的发展历史
• 1.3.2 光纤陀螺的发展趋势
• 1.4 课题来源及研究内容
• 第2章 光纤陀螺的原理及结构
• 2.1 Sagnac 效应
• 2.2 介质对Sagnac 效应的影响
• 2.3 慢光光纤陀螺的系统分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 时间差检测方案
• 3.1 基本概念
• 3.2 基本测量原理
• 3.3 测量实现
• 3.3.1 TDC-GP2 简介
• 3.3.2 系统硬件实现
• 3.3.3 系统软件实现
• 3.3.4 系统测量精度标定
• 3.4 数字滤波
• 3.5 本章小结
• 第4章 相位差检测方案
• 4.1 闭环光纤陀螺信号调制
• 4.1.1 相位调制
• 4.1.2 方波调制
• 4.1.3 阶梯波调制
• 4.2 数字闭环光纤陀螺信号处理
• 4.3 硬件电路设计与实现
• 4.3.1 模拟电路设计
• 4.3.2 数字电路设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 噪声分析及滤波算法
• 5.1 光纤陀螺噪声源分析
• 5.1.1 光源引入噪声分析
• 5.1.2 寄生效应引入噪声及抑制措施
• 5.1.3 其它因素引起的噪声
• 5.2 小波变换滤波
• 5.2.1 小波相关基本概念
• 5.2.2 小波基的选取
• 5.2.3 滤波算法的选择
• 5.2.4 实测信号滤波结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢