基于FPGA的數(shù)字閉環(huán)光纖陀螺儀模擬表頭設(shè)計

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作者：時間：2007-11-23 來源：電子設(shè)計應(yīng)用

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　　摘要：光纖陀螺儀是一種用來測量角速度的傳感器。為了檢測調(diào)制解調(diào)電路是否符合設(shè)計要求，并提高陀螺的實際應(yīng)用精度，本文設(shè)計了一種基于FPGA的光纖陀螺儀模擬表頭及其測試系統(tǒng)，能有效地檢測調(diào)制解調(diào)電路的性能。

　　關(guān)鍵詞：光纖陀螺;模擬表頭;FPGA;Verilog HDL

　　光纖陀螺是激光陀螺的一種，是慣性技術(shù)和光電子技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。它利用Sagnac干涉效應(yīng)，用光纖構(gòu)成環(huán)形光路，并檢測出隨光纖環(huán)的轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的兩路超輻射光束之間的相位差，由此計算出光纖環(huán)旋轉(zhuǎn)的角速度。光纖陀螺儀主要由兩個部分組成。伺服于表頭的調(diào)制解調(diào)電路根據(jù)輸入的電信號，經(jīng)過相應(yīng)的變換后形成反饋信號送至表頭的相位調(diào)制器中。在實際的應(yīng)用過程中，相應(yīng)的調(diào)制解調(diào)電路應(yīng)該根據(jù)溫度、振動等情況做出相應(yīng)的改變，才能最大限度地保證陀螺的精度要求。本文設(shè)計了一種基于FPGA的測試系統(tǒng)，模擬光纖陀螺儀的表頭，并檢測調(diào)制解調(diào)電路的性能。

　　模擬表頭的基本原理及結(jié)構(gòu)

　　表頭的主要功能是將Sagnac效應(yīng)產(chǎn)生的光程差所引起的相位變化通過回路耦合器轉(zhuǎn)換為光功率的變化，再通過探測器探測后以電信號的形式輸出至調(diào)制解調(diào)電路中。數(shù)字閉環(huán)光纖陀螺儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。從調(diào)制解調(diào)電路中采樣來的原始參數(shù)值，經(jīng)過模擬表頭內(nèi)數(shù)字信號處理，可將輸入調(diào)制解調(diào)電路的實際表頭信號還原出來。得到初始還原值之后，通過在模擬表頭中進(jìn)行修改、加載不同類型的參數(shù)值，從而檢測調(diào)制解調(diào)電路中相應(yīng)的性能指標(biāo)。

　　圖1 數(shù)字閉環(huán)光纖陀螺儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　本文所設(shè)計的模擬表頭系統(tǒng)遵循了一般數(shù)字閉環(huán)光纖陀螺系統(tǒng)的基本原理，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上發(fā)生了變化。調(diào)制解調(diào)電路在本系統(tǒng)中處于被動地位，而表頭作為系統(tǒng)的主體。同時，用一個自主設(shè)計的電路系統(tǒng)代替了光纖陀螺儀的表頭部分。模擬表頭及其測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。