基于TMS320C6711的光纤陀螺闭环数字信号处理系统的开发

提出了一种以TI公司的TMS320C6711处理器为基础的有工程意义的闭环光纤陀螺信号处理方案。介绍了闭环光纤陀螺系统的原理和检测方法。对ADC和DAC的选择进行了理论分析,对闭环光纤陀螺数字处理系统的硬件和软件进行了设计。使用了高效的McBSP口与外围ADC,DAC通信,利用JATG口实时监控DSP的工作过程,并升级了程序。针对陀螺系统所要求的实时性开发了能够满足精度要求的高效数字滤波算法。     

光纤陀螺的信号处理方案评述

介绍了国外应用于不同场合、满足不同性能要求的光纤陀螺的闭环和开环信号处理方案,比较了它们的优缺点。光纤陀螺是近年来惯性导航系统中很有可能得到广泛应用的核心元件,其中信号处理方案在很大程度上决定了光纤陀螺的性能。     

闭环光纤陀螺滤波算法的分析与改进

为了实现光纤陀螺的工程化,对数字滤波器的结构进行了改进,提出了一种多级抽样率转换器(SRC)与梳状带阻滤波器相结合的滤波算法。把闭环光纤陀螺的信号处理系统分为环内和环外两个部分,环外输出使用了加凯泽-贝塞尔窗的FIR滤波器。介绍了改进算法的优点,给出了新算法的实现方法。使用MATLAB对算法进行了仿真实验。结果表明,改进算法可明显地提高数字信号的处理效率,可保证在采样频率变换的过程中有用信号不会产生混叠,提高了光纤陀螺的精度。     

闭环光纤陀螺全数字式信号检测方法研究

研制成功基于阶梯波调制技术的闭环光纤陀螺全数字式信号检测系统.提出了闭环光纤陀螺几个重要参数的测试方法,并给出了实验结果.     

闭环光纤陀螺死区及光功率交扰误差的研究

数字闭环光纤陀螺引入的死区问题限制了其向更高性能惯性导航系统的应用。采用数学模型分析了数字闭环光纤陀螺死区的成因是反馈相关误差干扰,通过simulink仿真工具对死区现象进行了仿真,对比陀螺死区测试对模型进行了验证。以此为基础提出了电光合串扰造成死区的干扰模式,分析了干扰误差源的信号频域特征并使用频谱分析仪对受干扰的光功率信号进行了相关频点的测试,同时对比了干扰抑制后无死区的光功率信号相关频点的测试结果。通过抑制相关误差前后的测试结果对比,验证了与数字闭环反馈阶梯波相关的误差输入是死区形成的根本原因,除了电路交叉耦合之外,电路对光强的调制干扰也会造成死区问题。在采用针对干扰信号频率特性的退耦及PCB设计后,闭环光纤陀螺死区由0.2/h降低至0.02/h,满足系统应用需求。     

光纤陀螺数字闭环控制系统模型实验研究

数字闭环光纤陀螺的动态性能受控制系统设计的影响.根据光纤陀螺数字闭环检测过程,建立了控制系统的数学模型.为在全频带内对模型进行验证,提出了基于Faraday效应的光纤陀螺频率响应测试方法,对该测试方法与角振动台测试方法的等效性进行了分析.设计了频率响应测试系统,测试范围大于50 kHz,波形失真小于0.1%.实测了采用一阶积分控制算法的数字闭环光纤陀螺频率响应.实验结果表明模型误差小于8%.     

激光陀螺读出信号高速采集系统

介绍了激光陀螺（RLG）读出信号高速采集系统的设计和实现方案。该系统包括板卡和相应的应用软件,提供两路最高60MHz采样频率、14位精度的数据采集通道,能够同时对RLG两路光强拍频信号进行高速高精度数据采集,为RLG特性分析提供重要依据。该系统通过上位机软件控制板卡的工作状态、设置和切换采样模式。板卡利用FPGA接收计算机指令并协调控制模数转换器、SDRAM和USB接口芯片,完成RLG输出拍频信号的采集、缓存和传输。FP—GA设计中结合了硬件逻辑高速灵活的优点和NIOSⅡ软核处理器在控制方面的优势。SDRAM完成海量数据缓存,USB接口芯片工作在SlaveFIFO模式下,实现板卡与计算机的通信。实验证明该系统工作稳定,在RLG测试和性能分析中具有很好的实用性。     

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。     

克服闭环光纤陀螺输出信号中死区的实验

克服死区是闭环光纤陀螺设计中需要考虑的重要问题.实验表明本文采用的方法可以方便地克服死区.这是国内报道的首例克服闭环光纤陀螺输出信号中死区的实验.     

光纤激光陀螺系统的优化设计

分析研究了光纤激光陀螺系统的工作原理和基本构成,根据系统中各器件的性能指标对光纤激光陀螺的基本结构、性能参数进行了计算机模拟优化设计。采用双向激射双向输出结构保证光路的互易性。利用光纤环形器、掺铒光纤和光纤Bragg光栅实现滤模、选模和压缩线宽功能。针对其输出信号特点,提出利用偏振分束的方式判断陀螺工作转动方向,并最终计算陀螺转动角速度的信号处理方案。     

基于时分复用技术的三轴光纤陀螺光路噪声及抑制技术研究

光纤陀螺小型化是光纤陀螺发展的一个重要方向,提出了一种基于时分复用技术的三轴光纤陀螺光路结构,通过复用一个光源和一个探测器大大减少了器件数量,有效地降低了成本,减小了体积。针对三轴光纤陀螺单信道多信号传感理论进行分析,给出了一种有效的信号提取方案,最后对光路串扰噪声进行了研究,提出一种噪声抑制技术并进行了实验验证。测试结果表明,噪声抑制技术效果良好,陀螺精度满足工程应用要求。     

基于小波神经网络的光纤陀螺误差补偿方法

为了提高光纤陀螺的测量精度,提出了一种基于小波神经网络的误差补偿方法。首先使用小波分析中的Mallat分解算法提取出陀螺信号中的主趋势项,对其误差余项进行重构。然后将重构信号作为小波神经网络的目标输出,将原始陀螺信号作为训练样本。为了提高小波神经网络的训练速度同时防止其陷入局部极小值,采用增加动量因子和自适应调整学习速率的方法来改进训练方法。训练后建立的神经网络模型对光纤陀螺误差具有良好的估计能力。结果表明,经过小波神经网络方法补偿后,光纤陀螺的输出精度达到了0. 019 4°/s,光纤陀螺的测量性能得到了提高。     

Reduced minimum configuration fiber optic gyro for land navigation applications

Further cost reduction of the fiber optic gyroscope is necessary in order to meet the economic requirements of land navigation systems. We have previously concentrated on the reduction of the number of splices and component improvements in the open-loop, minimum configuration. Now we eliminate nonessential components and splices. The source-detector coupler is not part of the Sagnac interferometer and serves solely to provide isolation between the broadband optical source and the photodetector. Many commercial laser diodes incorporate a back-facet photodetector to monitor laser intensity. The signal returned from the Sagnac interferometer traverses the laser, is received at this photodetector, and can be distinguished from the laser signal by the bias modulation. Configuring a gyro in this manner eliminates a directional coupler and the separate photodetector as well as up to three fiber splices in an all-fiber gyroscope. A production, open-loop, fiber optic gyroscope has been modified to demonstrate this principal. The gyroscope can be constructed with only two fiber splices and exhibits performance comparable to the conventional minimum configuration.     

谐振式光纤陀螺偏振噪声分析

谐振式光纤陀螺（R～FOG）是第二代光纤陀螺,其性能受各种噪声因素的影响。为提高谐振式光纤陀螺的性能,对谐振式光纤陀螺的瑞利背向散射、克尔效应、磁光法拉第效应和偏振态耦合等各种噪声进行了分析,并提出了对偏振态耦合噪声的解决方法。在此基础上,得到保偏光纤环旋转90°对接的谐振腔优化结构。该结构可以有效减小谐振腔的偏振噪声和磁光法拉第噪声,且可改善陀螺系统的温度特性。     

动态Allan方差的理论改进及其应用研究

动态Allan方差(DAVAR)法是一种分析非平稳性信号的有效工具,但在辨识噪声时存在功率泄漏和定量表示单一的缺陷.为此,提出窗函数组合法和噪声量值的二维表示法对其加以改进,用于分析和定量描述光纤陀螺动态误差中的各种噪声项.窗函数组合法在光纤陀螺动态误差分解的基础上采用矩形窗和汉宁窗分别对其中的中低频噪声和高频噪声进行...     

速率光纤陀螺寻北仪倾斜补偿算法研究

针对速率光纤陀螺寻北仪,提出了一种倾斜补偿算法.通过采用积分滑动和最小二乘拟合滤波技术,对光纤陀螺和加速度计原始测量信号进行数据处理.试验数据表明,采用本算法解决了由倾斜角存在影响其寻北准确度的关键技术问题.同时给出了提高光纤陀螺寻北仪的准确度的可能因素.     

Nonlinear empirical mode predictive drift extraction on fiber optical gyroscope

The integration drift of inertial unit is a fatal error on navigation and attitude determination system. Many approaches have been developed to extract and eliminate it. A novel fiber optical gyroscope drift extraction algorithm was proposed in this paper to ameliorate the performance of fiber optical gyroscope by extracting the trend component as the compensation. In this algorithm, the attitude quaternion of stellar sensor and the output of fiber optical gyroscope were imported into a nonlinear empirical mode predictive algorithm to extract the drift component of gyroscope. Combing the advantages of predictive filter and empirical mode decomposition in nonlinear signal processing, our proposal is more precise in drift extraction and data approximation. Software simulation and hardware verifications on gyroscope were launched, in which the results had proven the capability of the algorithm.