基于FPGA的数字激光陀螺研究

论文摘要

激光陀螺是用于捷联惯性导航系统的理想部件,世界上许多国家都投入了大量的人力物力对其进行研究,而国内激光陀螺技术与其他发达国家相比,还存在较大的差距。因此,采用新技术提高激光陀螺测量精度具有现实意义。本文以FPGA为核心,完成了激光陀螺的数字化设计。本文在分析激光陀螺基本工作原理的基础上,研究了激光陀螺误差特性、闭锁效应、抖动偏频技术和小抖动稳频法。在Simlink中,建立激光陀螺系统模型,通过仿真分析了激光陀螺工作特性。在FPGA中,实现激光陀螺抖动控制系统和光路控制系统,完成激光陀螺机械抖动控制和谐振器光路控制。在FPGA中实现高速采样滤波和异常数据处理,完成了激光陀螺脉冲数解调,并通过异常数据处理提高了激光陀螺可靠性。最后,在FPGA实现UART串口通信,实现了激光陀螺数据传输和参数的调试。本文所设计的数字激光陀螺,根据GJB2427-95标准进行测试,测试结果表明数字激光陀螺在性能方面明显优于传统模拟激光陀螺。

论文目录

• 摘要
• Abstrat
• 第一章 绪论
• 1.1 从机电陀螺到激光陀螺
• 1.2 激光陀螺的特点
• 1.3 激光陀螺的应用领域
• 1.4 激光陀螺国内外研究现状
• 1.4.1 国外激光陀螺发展动态
• 1.4.2 国内激光陀螺研究现状及应用情况
• 1.5 论文选题背景和意义
• 1.5.1 论文选题背景
• 1.5.2 数字激光陀螺研究的意义
• 1.6 论文主要研究内容
• 第二章 激光陀螺误差特性分析
• 2.1 激光陀螺基本原理
• 2.1.1 萨格奈克效应
• 2.1.2 激光陀螺基本原理
• 2.2 激光陀螺主要误差
• 2.2.1 闭锁效应
• 2.2.2 刻度系数误差
• 2.2.3 零点漂移
• 2.2.4 磁致漂移误差
• 2.3 激光陀螺的抖动偏频
• 2.3.1 锁区及锁定方程
• 2.3.2 机械抖动偏频
• 2.3.3 随机噪声注入机理
• 2.4 激光陀螺小抖动稳频法
• 2.4.1 激光器增益曲线
• 2.4.2 小抖动稳频原理
• 2.5 本章小结
• 第三章 数字激光陀螺电路系统设计
• 3.1 设计目标
• 3.2 功能要求
• 3.3 系统设计
• 3.3.1 系统总体设计
• 3.3.2 控制系统总体设计
• 3.3.3 信号处理总体设计
• 3.4 系统Simulink建模及仿真
• 3.4.1 激光陀螺整体模型的建立
• 3.4.2 谐振腔模型建立及仿真
• 3.4.3 AD采集模型建立及仿真
• 3.4.4 控制模型建立及仿真
• 3.4.5 高速采样滤波模型建立及仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 数字激光陀螺控制电路设计
• 4.1 外围电路设计
• 4.1.1 ADC采样电路设计
• 4.1.2 DAC输出电路设计
• 4.2 抖动控制回路设计
• 4.2.1 数字抖动控制原理
• 4.2.2 全数字锁相环设计
• 4.2.3 伪随机信号发生器设计
• 4.2.4 PWM驱动设计
• 4.3 光强控制回路设计
• 4.3.1 光强控制原理
• 4.3.2 数字PID控制
• 4.4 程长控制回路设计
• 4.4.1 程长控制总体结构
• 4.4.2 信号发生模块设计
• 4.4.3 FIR数字滤波器设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 激光陀螺信号处理及通信设计
• 5.1 高数采样滤波设计
• 5.1.1 高数采样滤波原理
• 5.1.2 整形电路的设计
• 5.1.3 鉴相计数电路设计
• 5.1.4 IIR滤波器设计
• 5.2 异常数据处理设计
• 5.2.1 异常数据处理模型
• 5.2.2 异常数据处理实现
• 5.3 UART串口通信设计
• 5.3.1 UART的总体结构
• 5.3.2 UART发送模块设计
• 5.3.3 UART接收模块设计
• 5.3.4 UART波特率产生模块设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 研究成果