四频差动激光陀螺电学解调电路的工程化研制

论文摘要

本文主要阐述了实现四频差动激光陀螺电学解调电路工程化的一种途径。简要介绍了电学解调方案的原理,分析了现有模拟电路解调系统的不足,据此提出了基于FPGA的四频陀螺数字解调系统方案;选择符合工程化要求的电路芯片,完成了数字解调系统的软硬件设计;通过一系列实验证明了该系统具有正确的信号解调功能和良好的工程适用性。数字解调系统的工程化设计是论文的重点。选用具有适宜采样速率和良好温度特性的A/D转换芯片MAX1425实现了信号采样模块;选用高速、高集成的EP2C20Q240C8型FPGA芯片作为解调系统的核心硬件,并结合有关工程化的要求完成了系统电路PCB的设计和优化,得到了集成性良好的系统硬件实体。在软件设计中,针对MAX1425的传输特性设计了信号输入通道;结合四频陀螺输出信号的特性,设计了数字解调器模块,并进行了软件调试和某些重要模块的仿真。为了检验该数字解调系统是否满足其工程化要求,本文最后对系统的带宽和温度特性进行了不同条件下的实验测试。实验结果表明,基于FPGA的数字解调系统具有集成程度高、温度特性好、带宽充裕等特点,达到了四频陀螺信号解调电路工程化的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 课题的国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 课题研究的意义
• 第二章 四频差动激光陀螺信号解调系统
• 2.1 四频差动激光陀螺的原理简述
• 2.2 四频陀螺光学解调方案
• 2.3 电学解调方案及现有电路实现方法
• 2.3.1 电学解调方案的基本结构
• 2.3.2 电学解调方案的原理
• 2.3.3 现有解调电路的实现方法
• 2.4 基于FPGA的四频陀螺数字解调系统
• 2.4.1 数字解调系统概述
• 2.4.2 基于FPGA的数字解调系统
• 2.4.3 基于FPGA的数字解调系统的优势
• 2.5 小结
• 第三章 数字解调系统的硬件设计
• 3.1 系统核心芯片的选型
• 3.1.1 A/D转换芯片的选型
• 3.1.2 FPGA芯片的选型
• 3.2 各功能模块及实现电路
• 3.2.1 信号采样模块
• 3.2.1.1 前置I-V转换单元
• 3.2.1.2 A/D转换
• 3.2.2 数据处理与控制模块
• 3.2.3 接口模块
• 3.2.4 时钟模块
• 3.2.5 供电模块
• 3.3 系统硬件电路的PCB设计
• 3.3.1 小型化设计
• 3.3.2 稳定性设计
• 3.3.3 抗干扰性设计
• 3.4 系统硬件调试
• 3.5 小结
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 系统的初始化及A/D转换控制
• 4.1.1 系统的初始化
• 4.1.2 A/D转换控制部分
• 4.2 数字解调器的实现
• 4.2.1 乘法器的设计
• 4.2.2 本地信号源与移相器
• 4.2.2.1 DDS的基本原理
• 4.2.2.2 本地信号源的实现和对移相器的考虑
• 4.2.3 低通滤波器的设计
• 4.2.3.1 FIR滤波器的基础理论
• 4.2.3.2 滤波器的具体设计
• 4.2.4 加、减法器设计
• 4.3 信号输出通道的实现
• 4.3.1 结果处理单元
• 4.3.2 接口单元
• 4.4 软件调试及相关仿真
• 4.4.1 系统的软件调试
• 4.4.2 重要模块的功能仿真
• 4.4.2.1 FIR滤波器的仿真
• 4.4.2.2 本地信号源的仿真
• 4.5 小结
• 第五章 系统实验、分析及结论
• 5.1 系统的带宽性能实验
• 5.1.1 基于信号发生器的系统带宽性能实验
• 5.1.2 针对陀螺静、动态的系统带宽性能实验
• 5.1.2.1 陀螺静态条件下的系统解调性能测试
• 5.1.2.2 陀螺动态条件下的系统带宽性能测试
• 5.2 系统的温度特性实验
• 5.2.1 室温条件下的系统测试
• 5.2.2 变温条件下的系统测试
• 5.2.3 迅速变温条件下的系统测试
• 5.3 小结
• 第六章 结束语
• 6.1 论文的主要工作
• 6.2 课题的展望
• 致谢
• 参考文献表
• 作者在学期间取得的成果