基於光纖陀螺的數字鎖相放大器，在FPGA上實現的一些注意事項和主要難題
諧振式光學陀螺是一種基於sagnac效應的高精度的新型角速度感測器,其
敏感器件光學環形諧振腔可以採用很短的光纖或整合光學的方法來實現,因而在
小型化和整合化上具有獨特的優勢.在諧振式光學陀螺中,通過檢測諧振腔順時
針和逆時針光路的諧振頻率差得到角速率.實際光學器件如鐳射器、諧振腔受溫
度和應力等環境因素的影響,會在環路中引入各種互易性噪聲,而sagnac效應
引起的順時針和逆時針諧振頻率的改變是非互易的,並且極其微弱。因此,諧振
式光學陀螺的調製解調方式必須至少鎖定其中一個方向傳播的光波,利用頻率伺
服迴路使鐳射器的輸出光頻率始終處於諧振狀態,通過間接探測另一方向傳播光
波與鐳射器頻差來得到角速度,頻率跟蹤鎖定技術將直接影響陀螺實際檢測精
度.一方面需要建立良好的頻率跟蹤鎖定迴路以降低互易性噪聲的影響;同時系
統檢測精度的最終實現直接依賴於處理電路精度.基於上述研究背景,本文對腔
長為7.9cm光波導環形諧振腔為核心敏感元件的諧振式光學陀螺系統,對鐳射
器頻率鎖定迴路分析設計的基礎上,在單片FPGA上設計並研製了數字化處理電
路,包括數字化LIA以及PI控制器為核心的頻率伺服迴路,並完成了整個陀螺
系統的實驗測試.具體來說,本文主要開展瞭如下研究工作:
通過分析迴路中各種互易性噪聲特性及其傳遞規律,將鐳射器、環形諧振腔、
光電探測器到鎖相解調模組中的單位增益解調電路看作一整體,其數學模型等效
為一可變增益K,利用該可變增益建立了簡化的等效頻率鎖定環路模型;利用建
立的頻率鎖定迴路及噪聲傳遞模型,提出用改進型的比例積分控制器構成頻率伺
服反饋環節,消除了環路中存在的階躍響應穩態誤差,減小了互易性噪聲;分析
了環路的捕捉特性和跟蹤特性,優化了反饋引數,提高了頻率鎖定精度。
工具/原料
quartus 2
方法/步驟
先確定調製波，然後選擇自己熟悉的調製和解調演算法進行鎖定
運用quartus進行功能和時序模擬，生成硬體程式碼
在硬體上模擬實現，同時進行引數優化
注意事項
波形選擇會對鎖定效果有比較大影響，所以可以多種波形比較，最後確定