基于FPGA的四频陀螺信号解调系统的设计与仿真

为了简化四频差动激光陀螺的信号读出系统,采用了一种基于FPGA实现的数字电路解调方案取代传统的合光棱镜中的1／4波片和偏振片来分离左、右旋陀螺信号。简述了四频差动激光陀螺的信号读出原理及解调电路方案,设计了主要由A／D转换器和FPGA构成的四频陀螺信号读出系统。通过Quartus Ⅱ等EDA工具在软件上对系统予以了实现,并针对其主要功能模块进行了仿真验证。仿真结果表明,将四频陀螺信号转化为数字信号后,利用FPGA实现信号解调并最终达到分离左、右旋陀螺信号的方案是可行的,该方案将有助于全数字化激光陀螺的研制。     

异面腔四频差动激光陀螺的小抖动稳频

为了解决光强差稳频系统易受光电元件参量影响的问题,设计了一套用于异面腔四频差动激光陀螺的小抖动稳频系统。采用高频放大和幅度检波电路检出四频差动激光陀螺顺时针(或逆时针)输出光束的拍频幅度,然后用模数转换器采集到数字信号处理器(DSP)内。四频差动激光陀螺正常工作时拍频幅度取极大值,因此可通过对腔长进行小抖动调制实现稳频。利用DSP设计了一套数字式稳频系统,1 s取样的稳频精度为2×10-9,更重要的是稳频点不受光电元件参量变化的影响。设计的小抖动稳频电路精度高、通用性好,对提高四频差动激光陀螺适应恶劣环境的能力有一定的价值。     

四频差动激光陀螺工作点的选择

当四频差动激光陀螺工作于增益曲线上左、右旋陀螺比例因子相等位置时,误差因素在拍频的差动中得到较好的抵消,因而具有较优的性能。为了从实验上寻找该最佳工作点,对四频差动激光陀螺拍频表达式进行了分析,发现静态下和频的电压扫描曲线呈抛物线变化,而且当左、右旋陀螺比例因子相等时,和频的电压扫描曲线处于转折点。设计了实验通过和频电压扫描曲线得到了理论最佳工作点,在不同工作点下对陀螺进行测试,根据其零偏稳定性随工作点的变化趋势,得到了实测最佳工作点。对某型5个陀螺的多次实验表明,由和频电压扫描曲线得到的理论最佳工作点与实测最佳工作点基本一致,最大误差2Hz。该方法可作为四频陀螺选择最佳工作点的参考方法。     

四频差动激光陀螺稳频控制仿真

介绍了四频差动激光陀螺稳频的基本工作原理,在分析稳频电路各组成环节传递特性的基础上,给出了稳频控制系统的开环和闭环传递函数,并从满足相位裕度指标(45°)角度对控制系统各参数进行了优化,结果显示当开环总增益k取33时系统有较好的稳定性和较快的响应速度,满足四频差动激光陀螺稳频控制要求。     

二频机抖激光陀螺高精度低延时信号解调电路设计

在激光陀螺信号解调滤波过程中,工程上经常运用高阶FIR滤波电路来实现抖动信号剥除;这种方法虽然精度高但具有较高的延时,无法满足激光陀螺输出结果实时性的要求;为了解决这个问题,提出了一种基于FPGA的激光陀螺信号解调电路,利用自适应滤波原理对激光陀螺输出抖动信号进行自适应剥除,最后进行了相应精度及延迟测试;实验结果表明激光陀螺信号经过该系统自适应抖动剥除后效果较好,激光陀螺静态输出百秒方差仅为千分之三且系统延迟0.6 ms远低于常规5 ms延迟,满足了激光陀螺信号解调高精度低延时的要求。     

激光陀螺锁区最小化控制技术

通过分析激光陀螺锁区的形成原因,给出了锁区最小化控制的基本原理.由激光陀螺谐振腔相向传播光束的输出特性,说明了常规锁区控制方案存在的缺点.从激光陀螺基本方程推导出锁区误差判别信号,提出了基于拍频信号和腔长信号迭加放大的高信噪比锁区控制方案,对交变偏频和常值偏频激光陀螺均适用.运用该项技术,实现了对某型激光陀螺的全温范围内的锁区最小化控制.     

激光陀螺锁区最小化控制技术

通过分析激光陀螺锁区的形成原因,给出了锁区最小化控制的基本原理.由激光陀螺谐振腔相向传播光束的输出特性,说明了常规锁区控制方案存在的缺点.从激光陀螺基本方程推导出锁区误差判别信号,提出了基于拍频信号和腔长信号迭加放大的高信噪比锁区控制方案,对交变偏频和常值偏频激光陀螺均适用.运用该项技术,实现了对某型激光陀螺的全温范围内的锁区最小化控制.     

谐振式光纤陀螺多激光器系统相对频率噪声抑制

设计了用于谐振式光纤陀螺系统中两个半导体激光器相对频率噪声抑制的全光纤光路外差式光学锁相环,建立并分析了陀螺精度需求和外差式光学锁相环关键参数的关系,同时对外差式光学锁相环全数字反馈控制环路进行了设计和仿真.通过实验对设计的系统进行性能验证.结果表明两个主从激光器的中心频率实现了参考频率源频率的锁定,且拍频激光中心频率相对于光纤环形谐振腔谐振频率偏离幅值减小了15dB.     

激光陀螺稳频稳锁区控制参数测试系统

稳频稳锁区控制系统对提高激光陀螺的性能有着重要意义。设计了激光陀螺稳频稳锁区控制系统,并开发了稳频稳锁区控制参数测试系统。结合某型激光陀螺进行了试验验证。结果表明,该系统完全满足陀螺控制系统参数测试的需求,符合陀螺设计指标。     

四频差动激光陀螺小抖动稳频初步研究

为避免传统光强差稳频方式的缺陷,提出了四频差动激光陀螺小抖动稳频方法.从四频陀螺工作原理出发,分析了小抖动稳频的特性和难点,如鉴频灵敏度较低、陀螺参量不当时工作点有严重偏移、工作模式不易判别、陀螺零漂受稳频精度影响大.针对每一难点提出,解决办法,特别是极低噪声电路的设计技术是提高四频陀螺小抖动稳频精度的关键.提出的解决方案为进一步实验研究提供了理论指导.     

基于FPGA与Matlab的数字正交解调器的设计

为有效提取测控系统输入信号的幅度和相位信息,设计了基于FPGA与Matlab的信号数参考文献6文献类型、文献出处、年份字正交解调器。在Matlab/Simulink环境中产生一路调幅信号,并在此环境下利用5个直接I型的4阶FIR滤波器节搭建了20阶FIR滤波器;利用FPGA查表法实现数控振荡器(NCO),并控制1路调幅信号与正交的正、余弦信号分别进行数字混频处理;对经FPGA数字混频处理后的两路倍频分量和基频分量信号进行滤波处理,经处理后的信号在FPGA的控制下进行相加处理。最后在硬件平台上进行了仿真测试实验,验证了该方案的正确性和可行性。     

激光气体分析仪中数字滤波器的设计

由于基于可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术的激光气体分析仪的二次谐波信号中存在较大的系统噪声,本文利用有限长单位冲激响应（FIR）,提出了激光气体分析仪的二次谐波在线滤波方法。在分析FIR数字滤波器原理的基础上,利用MATLAB窗函数设计了适合本激光气体分析仪的数字滤波器。然后,将仿真的FIR数字滤波算法移植到激光气体分析仪嵌入式系统中。最后,比较了滤波前后二次谐波信号波形,说明了在激光气体分析仪嵌入式系统中采用基于FIR数字滤波器滤波算法的可行性。实验结果表明：FIR数字滤波器对一组二次谐波信号进行滤波的运算时间为230ms,滤波后的二次谐波信号波形获得了较好的去噪效果,能够满足激光气体分析仪对含有噪声的二次谐波信号进行平滑去噪的要求,且滤波算法结构简单、运算时间短、可移植性强。     

基于电子信号处理的四频激光陀螺信号读出研究

针对当前四频差动激光陀螺(DLG)读出系统结构复杂、易受温度影响等问题,对现有读出系统进行了改进,设计了使用电子信号处理代替光学信号处理来分离左、右旋陀螺信号的新型读出系统。通过对一个DLG同时使用新旧两套不同的读出系统进行测试,得到了相同的测试结果,表明电子信号处理和光学信号处理在分离左、右旋陀螺信号方面是等效的。在此基础上,首先使用模数转换器对DLG的光电转换信号进行采样,然后进行了数字信号处理,并研制出了全数字化读出系统。新型读出系统不使用四分之一波片和偏振片等光学元件,具有温度稳定性好、结构简单、全数字化等优点,有利于四频陀螺性能的提高和批量生产。     

Digital bunch-by-bunch transverse feedback system at SSRF

In order to suppress multi-bunch couple instabilities caused by transverse impedance, a bunch-by-bunch transverse feedback system based on a FPGA digital processor is commissioned at SSRF storage ring. The RF front end has two COD pre-rejected attenuators for increasing the system arrangement and signal noise ratio, and the 3*RF Local signal comes from the BPM’s sum signal using a FIR filter for avoiding the effect of longitudinal oscillation. The digital processor receives the coupled horizontal and vertical oscillation signals in the base band and transforms the coupled signals to the horizontal and vertical feedback signals with two series double-zeroes FIR filters. A matlab GUI is applied for producing the FIR coefficients when the tune is shifted. The horizontal and vertical Kickers have a special design for increasing the shunt impedance. Then the multi-bunch instabilities are suppressed respectively and the minimum damping time is about 0.4 ms.

     

Optimal design of FIR beamformer with frequency invariant patterns

Two approaches to the optimal design of FIR beamformers with frequency invariant patterns using second-order cone programming (SOCP) are proposed. The first approach is a two-step method, which is implemented via separately optimal array pattern synthesis and optimal FIR filters design. The array weights for each frequency bin within the working frequency band are designed to insure that the array patterns approximate the reference ones. And the FIR filter corresponding to each sensor is designed to insure that the frequency responses approximate the array weights. The second approach is a direct method, in which the beam response is expressed as a linear function of FIR filter tap weights and the filters are designed by jointly optimizing the spatial and frequency responses to achieve the desired array patterns. All the optimal design problems (array pattern synthesis, FIR filter design and joint optimization) are formulated as the SOCP, which can be solved efficiently using the well-developed interior-point methods. Results of computer simulations and lake experiment for a twelve-element semicircular array confirm satisfactory performance of the two approaches proposed in this paper.     

基于BEPCⅡ数据的数字束流位置测量器算法离线分析

介绍了数字BPM算法的原理和架构,并基于高能物理研究所自制的数字BPM硬件平台获取了BEPC Ⅱ束流流强为600 mA条件下的ADC采样数据。然后在MATLAB环境中设计了NCO模块、CIC滤波器、FIR滤波器以及BEPC Ⅱ束流逐圈位置数据计算模块,并给出了各模块的具体设计参数。最后通过实际ADC数据对各算法模块进行检验,给出了各模块处理后的频域分析结果,并得到了实际束流下水平方向和垂直方向上的逐圈位置分辨率分别为4.55 μm和4.28 μm,为FPGA在线算法的实现与优化提供了可靠的理论依据。     

小型集成三通道机抖激光陀螺数字式控制电路设计

针对军事和民用工程中亟待解决的捷联式机械抖动激光陀螺惯导的小型化、集成化和高精度问题,提出了一种以单块电路板实现对3个机械抖动激光陀螺进行数字式稳频控制、抖动控制、稳流控制、信号检测及脉冲计数的全功能小型机抖激光陀螺集成控制方案,设计了以DSP和FPGA为核心控制器的陀螺电路。试验结果表明,该集成控制电路能同时实现3路陀螺的自动控制,参数调整灵活方便,控制精确稳定,在实现小型化集成化的同时,提高了激光陀螺的输出精度,为捷联式机械抖动激光陀螺惯导的小型化、集成化和高精度奠定了基础,已在多个项目中获得工程应用,具有较高实用价值。     

基于DSP的全数字低场MRI信号接收算法研究

针对低场磁共振成像（MRI）系统,提出一种实用的基于通用浮点DSP的全数字高精度、高效率信号接收算法. 对经前端调理的回波信号直接采样数字化,在通用浮点DSP上进行数字正交解调, 采用高效的积分梳状滤波器(CIC)、半带滤波器(HB)、FIR滤波器等进行多级滤波抽取,极大的减少了运算量,提高了运算效率,最后得到用于成像的原始数据. 整个数字信号处理过程全部采用单精度浮点数据格式,用软件实现,提高了运算精度,增加了信号检测系统的灵活性. 最后通过CCS2.2软件仿真,验证了本算法的实时性和实用性.     

三维形貌测试系统中的数字信号处理技术

本文采用一种基于数字滤波的正文解调算法,用于三维形貌测试系统中相位分布的计算。文中考察了频域理想低通滤波器、三阶巴特沃思滤波器、有限冲击响应滤波器以及空域均值滤波器,通过分析滤波器性能和比较处理结果,得出均值滤波器或有限冲击响应滤波器比较适用于类似于变形光栅的窄带信号。采用数字处理方法,可以由一帧变形光栅图迅速、精确地重建物体的形貌。