数字闭环光纤陀螺频率特性的计算与测试方法

数字闭环光纤陀螺频率特性的计算与测试方法

一、数字闭环光纤陀螺频率特性的计算和测试方法(论文文献综述)

王媛,马家君,李冬伟,张娟[1](2021)在《基于Simulink的数字闭环光纤陀螺频率响应特性研究》文中研究指明为了深入研究闭环光纤陀螺的频率响应特性,基于Simulink搭建了数字闭环光纤陀螺仿真模型,分析了四态方波调制下影响闭环光纤陀螺的频率特性的主要因素。结果表明,数字闭环光纤陀螺的稳定性条件为数字开环增益小于0.618。当数字开环增益小于0.16时,控制系统不存在超调。数字闭环光纤陀螺的频率带宽与数字开环增益和陀螺本征频率成正比,通过减小光纤长度及适当提高控制增益可以提高数字闭环光纤陀螺的频率带宽。

张勇杰[2](2021)在《反射式逆压电型光纤电压传感器信号处理系统研究》文中研究指明光纤电压传感器作为一种新型的电力测量装置,由于其测量准确度高,抗电磁干扰能力强、测量频带宽、动态范围大等优点受到了广泛关注。信号处理系统作为光纤电压传感器的重要组成部分,在提高测量精度,观测电压波形以及远程通信等功能的实现方面发挥重要作用。因此,本文以反射式逆压电型光纤电压传感器为研究对象,结合光纤陀螺相关技术,针对其信号处理系统开展以下深入研究:论文首先设计了一种基于光子晶体光纤的双晶体光纤电压传感器结构,并分析了光纤电压传感器的传感机理。在此基础上,建立了光纤电压传感器系统模型,针对不同信号输入的情况进行仿真,并针对系统数字控制器的不足对其进行优化设计。其次,依据光纤电压传感器工作原理和数字闭环调制原理,确定系统整体的硬件设计方案,并根据信号特点设计各部分硬件电路,完成电路原理图和PCB设计。针对闭环反馈控制要求,按功能划分模块,采用verilog设计语言完成各子模块设计,并对各模块的功能进行仿真验证。完成了光纤电压传感器闭环控制系统的FPGA设计。最后完成样机的搭建并对完成的光纤电压传感器系统进行实际验证,样机验证了硬件电路功能及设计代码的正确性并实现了与计算机之间的数据传输。为提高系统精度,在室温条件下对样机开环数据进行了采集,针对数据中的噪声采用小波阈值降噪的方法进行处理,结果表明,小波处理有效去除了数据中的噪声,在去噪同时很好的保留了信号的特征,提高了系统测量精度。本课题针对反射式逆压电型光纤电压传感器信号处理系统进行了深入研究,完成了其数字信号处理系统设计并实现了样机搭建,对推动反射式逆压电型光纤电压传感器实用化具有重要意义,也为同类型的光纤电压传感器的信号处理系统设计提供一定参考。

刘晨晨[3](2019)在《光纤陀螺标度因数温度特性的研究》文中指出光纤陀螺因其具有精度范围广、无运动部件、体积小、质量轻、寿命长等优点被广泛应用在航空、航天、航海及兵器等重要领域。随着光纤陀螺工程化技术的提高,特别是高精度光纤陀螺的不断发展,温度成为影响光纤陀螺精度的主要问题之一。由于构成光纤陀螺的主要器件对温度较为敏感,所以在变化的温度作用下导致的标度因数误差直接影响光纤陀螺的精度。本文针对现有光纤陀螺标度因数误差模型只从整体考虑,没有分别对光纤陀螺内部器件温度特性分析的问题,以干涉式光纤陀螺为研究对象,研究了其工作原理和主要性能指标。通过分析光纤陀螺中各个器件的温度特性,发现光纤陀螺中影响标度因数的主要器件有光源、光纤环、晶振。然后分析标度因数的误差来源及产生机理,得到造成光纤陀螺标度因数误差的主要因素,重点分析光纤陀螺在工作范围内光源的平均波长、绕制光纤环的光纤粗细、晶振的频率在不同温度点对标度因数的影响。主要研究内容如下:首先,基于ANSYS有限元仿真和传热学原理,建立由不同粗细的光纤绕制的光纤环传热模型,并结合不同尺寸的光纤环以及对光纤环局部施加温度激励的情况,探究光纤环在全温范围内受温度影响后造成的标度因数误差模型。研究表明,较细光纤和涂覆层较薄的光纤能够提高标度因数的稳定性,并且标度因数变化量与各个面的温度呈线性关系。另外,针对目前全温范围内晶振频率对标度因数误差的影响模型不确定的问题,通过分析数字闭环光纤陀螺的基本原理,结合温度对晶振频率的影响以及角增量测试标度因数的方法,建立了晶振频率与温度和标度因数与晶振频率的函数模型,并通过实验验证了其正确性。为提高标度因数的稳定性,选取另外一款温补晶振与普通晶振做对比实验。研究发现,温补晶振具有更好的温度稳定性,可以减小晶振频率带来的标度因数误差,提高标度因数的稳定性。其次,基于光源性能的评价指标和光源对标度因数影响的理论分析,结合光源平均波长对标度因数的影响模型,发现闭环光纤陀螺的标度因数误差正比于光源平均波长的相对变化量,光源中平均波长是影响标度因数稳定性的主要因素。对比测试了全温范围内SLD光源和掺铒光纤光源平均波长以及光功率的变化,并计算出两种光源的平均波长在全温范围内带来的标度因数误差。得出SLD光源适合应用在中低精度光纤陀螺中,而掺铒光纤光源适合应用在高精度光纤陀螺中的结论。最后,通过搭建实验环境测试了光纤陀螺在全温范围内的标度因数变化量,验证了由光纤环、晶振、光源引起的标度因数误差模型的正确性。并建立了标度因数温度误差的补偿模型,通过将建立的补偿模型重新写入到同一个光纤陀螺系统中进行复测,验证了该模型的正确性和有效性。

杨一凤[4](2018)在《光纤陀螺闭环控制系统数字一体化设计》文中进行了进一步梳理光纤陀螺是以Sagnac效应为基本工作原理的角速率传感器,通过检测相向传输的两束光之间产生的Sagnac相位差,来测量载体的角速率。光纤陀螺具有结构简单、启动快、寿命长、耐冲击、无加速度引起的漂移、动态范围大、体积小、成本低等优点,是构成惯性系统的核心器件,广泛应用于军事及民用领域,如卫星定位、导弹制导、飞机导航等。本文主要研究一种闭环一体化光纤陀螺的设计,并结合目前光纤陀螺的生产工艺的需求,提出一种自动化在线调测技术,用于提高光纤陀螺的生产效率。本文着重介绍光纤陀螺闭环控制系统一体化的设计方案和全数字在线调测方案。本文首先阐述了光纤陀螺国内外发展现状,叙述了本课题研究的意义以及主要内容。介绍了光纤陀螺的工作原理及分类,并分析研究了光纤陀螺的信号检测方法,为后续具体设计工作提供支撑。然后介绍了光纤陀螺闭环控制系统一体化的设计方案,首先建立闭环控制模型,分析了光纤陀螺的传递函数,为后面的研究奠定了基础。根据光纤陀螺一体化设计总方案,分别从结构、光路、电路和逻辑电路方面进行详细的设计,通过对结构进行力学及热学仿真、光路进行设计计算、逻辑电路进行仿真分析,论证方案及设计的可行性。此外,对本方案涉及的高精度光纤环绕制、光纤陀螺一体化设计、温度补偿技术以及光纤陀螺过调制技术四个关键技术进行详细分析。随后介绍了光纤陀螺自动化在线调测方案,对调测方案进行全面的功能分析,从总体方案、硬件及软件方面详细叙述了该调测方案的具体实现方式。光纤陀螺的技术已经比较成熟,市场需求大幅度提高,正处于如何提高产量的阶段,自动化在线调测方案从生产角度出发,使陀螺调试及测试更高效,简化操作流程,从而降低出错率。本文最后介绍了光纤陀螺的主要技术指标和测试方法,针对本款一体化陀螺设计具体的试验方案,对样机进行测试,并对测试结果进行分析。试验结果表明,该型陀螺实现了前述所要求的各个性能指标,可以满足使用需求。

吴伟刚[5](2018)在《高精度光纤陀螺数字控制系统的优化研究》文中认为目前,国内外许多机构都致力于高精度光纤陀螺的研究。在现有的技术条件下,改善光纤陀螺动态性能的研究,对于光纤陀螺的技术发展和工程实践具有重要的理论意义和经济价值。本文源于工程项目需要,研究内容主要是对高精度光纤陀螺的控制系统进行优化改进以期达到抑制陀螺动态误差、提高陀螺动态性能的目的,从而使其能够满足高动态应用场合的需求。具体研究内容如下:首先,在简述光纤陀螺数字控制系统的研究与发展现状的基础上,简要说明了数字闭环光纤陀螺的基本工作原理,分析建立了干涉式光纤陀螺数字闭环控制系统的数学模型和相应的传递函数,同时也分析了由于光纤陀螺原控制系统中PI数字控制器的不足而对光纤陀螺系统动态性能的具体影响。其次,提出了两种光纤陀螺数字控制系统的优化改进方案。一是,从控制器的角度提出了改进光纤陀螺数字控制器的优化方案,即在原PI控制的基础上串联了P和PI并联控制环节,设计得到了优化PI数字控制器;二是,从误差补偿的角度提出了光纤陀螺误差补偿的优化方案,即在分析光纤陀螺摇摆运动的误差因素和建立动态误差模型的基础上,在控制系统的输出端增加了误差补偿模块。同时在建立了两种优化方案所对应控制系统的动态模型及其传递函数的基础上,给出了优化方案系统控制参数的计算方法。接着,从系统稳定性能和动态能性这两个方面对原控制方案和优化控制方案进行了理论分析和仿真实验验证。在验证了优化方案有效性的基础上,重点对比分析了两种优化控制方案的适用范围与各自的优缺点。最后,从惯导系统的角度对比分析了原控制方案和优化控制方案对惯导系统性能的影响并给出了姿态解算精度的量化对比结果,进一步验证了优化控制方案的有效性和可行性,为将来实验室高精度光纤陀螺的工程实现提供了有效的理论依据和数据参考。

郜中星[6](2017)在《光纤陀螺环境误差机理与抑制方法研究》文中进行了进一步梳理光纤陀螺以其体积小、重量轻、可靠性高、启动速度快等诸多优点,已经被广泛应用于各类惯性导航设备中。虽然历经了几十年的快速发展,光纤陀螺在实际的工程应用中仍然有许多问题值得去进一步深入研究。其中,各种环境因素的影响例如温度、振动、磁场等所引起的光纤陀螺非互易相移误差仍然是限制其广泛应用的主要原因。基于此,本文围绕光纤陀螺环境误差的产生机理及其抑制方法开展了相关研究。论文的主要工作内容如下:详细介绍了干涉型光纤陀螺的基本工作原理和各个环节的结构组成,推导并理论分析了数字闭环光纤陀螺的控制系统模型,并通过Matlab-Simulink仿真平台搭建了基于方波调制状态下的全数字闭环光纤陀螺仿真结构图。通过合理选取光纤陀螺各个环节的参数验证了所建立模型的有效性,得到了陀螺控制系统的频率特性曲线,并仿真了光纤陀螺分别在阶跃信号、斜坡信号和不同频率正弦信号激励下的动态性能。基于有限元法和光纤陀螺的结构材料组成,得到了光纤线圈边界及其内部的温度场分布规律。进一步基于光纤的热光效应、弹光效应以及光纤线圈径向、角度方向和轴向的热膨胀系数分布规律,建立了光纤陀螺在全温范围内(1oC/min,-40oC到+60oC)的热漂移误差数学模型,并分别通过温控条件和变温条件下的温度实验验证了所建立模型的有效性。基于该模型,又分别研究了:通过合理安放热源相对线圈的位置来抑制热漂移误差的大小;环境变温速率对热漂移误差的影响,并提出了一种简单有效的用于评估光纤陀螺热性能的方法;通过合理控制隔热层的厚度,实现热漂移误差和热启动时间的最优。通过综合采取这些方法,能够使光纤陀螺在全温范围内的零偏稳定性降低到0.01o/h以下。基于光纤的弹光效应和振动情况下线圈中每一匝光纤的动力学方程,同时考虑线圈的四极对称绕法,建立了光纤陀螺的振动误差数学模型,并通过不同强度(1g-5g)的定频(50Hz)振动实验和快速傅里叶变换(FFT)验证了所建立模型的有效性。基于该模型,详细研究了光纤线圈的弹性模量和密度等材料参数对振动误差大小的影响。然后又通过Comsol多物理场分析软件对光纤陀螺的结构进行了模态分析和材料的优化设计,将改进设计后的光纤陀螺的最低阶固有频率提高到了2000Hz以上。最后还详细研究了光纤线圈与Y波导的尾纤长度之和不对称所引起的振动误差,指出了尾纤之和的不对称长度与引起的振动误差成正比。通过对光纤陀螺的线圈、材料和结构进行综合的改进设计,能够极大的抑制振动引起的输出误差。基于保偏光纤的法拉第磁光效应和圆双折射效应详细研究了外界磁场所引起的光纤陀螺磁致漂移误差。首先建立了一个基于单匝线圈的磁致误差模型,分别讨论并仿真了光纤双折射率、光纤扭转率、光纤长度以及磁场方向的角度等因素对磁致漂移误差的影响。然后进一步建立了在随机扭转条件下基于多匝光纤线圈的磁致误差模型,分别讨论了径向磁场和轴向磁场分别对光纤陀螺输出误差的影响。接着对放置在亥姆霍兹线圈中的光纤陀螺进行了磁场灵敏度测试,零级磁屏蔽条件下的结果验证了所建立多匝线圈模型的有效性,二级和一级磁屏蔽条件下的结果指出了单级磁屏蔽层已经能够实现磁屏蔽的效果。最后还提出了一种利用补偿线圈来抑制光纤陀螺径向磁敏感性的方法。

刘成阳[7](2017)在《光纤陀螺的数字闭环控制方案的设计与实现》文中进行了进一步梳理光纤陀螺是用于敏感载体角速率的全固态传感器。光纤陀螺系统具有很高的理论带宽和很快的响应速度,但实验室用的光纤陀螺系统的带宽仅为100Hz。目前国内外建立光纤陀螺系统动态模型的方法是采用等效的理想Z域模型,闭环控制方案采用比例积分控制,带宽一般为100Hz1KHz。实际的光纤陀螺系统中存在着噪声、延迟和信号的调制解调等非线性因素。系统的控制性能决定了对输入信号的响应速度和跟踪能力,甚至会影响惯性导航系统的性能。本文对完善光纤陀螺系统的动态模型,提高系统的带宽,设计和实现数字闭环控制方案进行了深入的研究。首先根据光纤陀螺的工作原理,对系统各部分的功能进行分析。由实验室光纤陀螺的具体参数确定理想系统的S和Z域模型,利用Matlab仿真分析理想情况下采用比例积分控制方案的系统跟踪阶跃、斜坡、加速度和正弦输入信号的情况。通过S域模型给出系统的带宽,并提出利用二型加零点的控制方案来改善陀螺的性能。建立含有噪声、延迟和调制解调的Z域模型模拟实际系统。利用完善后的动态模型仿真分析采用不同控制方案的系统跟踪斜坡和正弦输入信号的情况,给出二型控制方案在实际中无法应用的原因是系统的噪声很大而有用信号很小。针对这个问题将Sigma-delta调制技术应用到光纤陀螺中形成控制方案,提高系统的信噪比,降低系统的噪声,仿真结果表明合理地设计Sigma-delta控制方案的数字滤波器能够提高系统的跟踪性能。其次给出光纤陀螺数字闭环控制的FPGA实现方案,对时序控制、数字解调、波形合成、阶梯波反馈、Sigma-delta控制、CIC和半带滤波器,分模块利用VHDL语言编写硬件实现程序,并利用Verilog编写测试文件,调用modelsim软件进行功能性仿真,验证实现方案的正确性和可行性,进行整个系统FPGA信号处理的综合调试。最后给出基于等效输入的系统控制性能的测试方法,设计了测试系统的整体方案和数据通信方案,并验证设计方案的可行性。利用已设计的测试系统对采用Sigma-delta控制方案的光纤陀螺进行实际测试。利用设计的阶跃和斜坡测试信号作为输入信号测试系统的动态响应,根据动态性能估算出系统的带宽约为208Hz。利用Allan方差分析采用不同控制方案的光纤陀螺系统主要的误差和噪声的情况,结果表明采用Sigma-delta控制方案能够降低系统的噪声。

关博帆[8](2017)在《光纤陀螺冲击特性研究》文中进行了进一步梳理光纤陀螺有着结构简单、体积小、质量轻等特点,而且动态范围宽、可靠性高、应用范围广,被越来越多地应用于捷联惯性导航、平台稳定等场合。由于光纤陀螺与载体采用刚性固联的形式,载体产生的振动、冲击等都会直接被光纤陀螺所敏感到,这些恶劣的力学环境都有可能会对光纤陀螺的测量精度造成影响。本文对外界冲击对光纤陀螺角速度测量精度的影响进行了详细的分析,其中着重分析了数字闭环光纤陀螺的信号检测处理过程,讨论了受到外界冲击时的系统的输出响应,并提出了对受到冲击时产生的输出误差的补偿方法。本文主要做了如下的工作:首先分析介绍了闭环光纤陀螺的工作原理,尤其是包括方波偏置调制原理、数字相位阶梯波调制检测原理在内的信号检测方法,并在分析了各个部分的原理特性的基础上建立各个环节的模型,然后组成了光纤陀螺闭环控制系统的动态模型,并根据模型得到了对应的传递函数。然后围绕着系统的传递函数进行了分析,并结合光纤陀螺系统的模型实施了仿真分析,利用仿真分别分析了系统受到冲击时产生的角加速度误差和条纹错误现象两种情况,这两种情况都会影响光纤陀螺受冲击时的测量精度,并指出了通过调整系统中的哪些参数可以改善系统的抗冲击性能。最后针对系统的角加速度误差提出了两种不同的补偿方法。其中一种是基于对光纤陀螺闭环控制系统的分析,利用系统自身的设计参数计算出角加速度误差系数。另一种是利用三轴转台进行测试,激励出光纤陀螺的角加速度误差,然后通过参数辨识的方法获得角加速度误差系数。最后通过转台的速率实验验证了设计的角加速度补偿算法的准确性和可行性。

刘若廷[9](2016)在《光纤陀螺数字闭环控制性能测试研究》文中研究表明光纤陀螺是用于敏感载体角位移和角速率的全固态传感器,光纤陀螺的控制性能决定了系统对输入信号的响应速度和跟踪能力,对惯性导航系统整体的工作性能起着关键性作用;与其他形式陀螺仪相比,光纤陀螺具有更高的理论带宽和更快的响应速度,因此对控制性能测试的方法也与其他形式陀螺仪有所不同,通过分析和对比目前使用的几种测试方法发现,根据等效输入原理和数字频率合成技术的光纤陀螺控制性能测试方法最适合目前高性能的光纤陀螺,因此本文根据此方法设计一套适用于本实验室现有型号光纤陀螺设备的控制性能测试系统,并对现有型号光纤陀螺进行测试得出光纤陀螺的真实控制性能。本文首先阐述了国内外光纤陀螺的研制情况和控制性能测试技术的发展过程,介绍了光学陀螺的基本工作原理,通过动态建模的方法建立系统传递函数模型,并通过闭环传递函数分析系统对不同输入信号的控制能力,为系统控制性能的仿真分析和等效输入法的建立过程打下基础。然后分析目前使用的几类不同控制性能测试方法各自的优势和适用条件,得出根据等效输入原理的数字化测试方法更适用于目前高性能的光纤陀螺设备,因此设计了一套在光纤陀螺FPGA控制系统内部以等效输入法为原理,用直接数字频率合成技术生成测试激励的控制性能测试系统,此测试系统不仅能满足对测试激励的要求,又能实现自主测试的目的,即可以使用在光纤陀螺设计初期验证设计方案,又可以用在装配完的陀螺设备测出其真实控制性能。再次,为了能准确的接收测试结果,根据光纤陀螺仪和测试系统的输出特点,设计了包括光纤陀螺向下抽样滤波输出模块、串口数据传输部分、计算机测试结果接收软件的光纤陀螺测试数据采集系统,将原光纤陀螺输出部分每秒传输98组数据的通信频率提高到每秒传输1560组数据,以满足测试结果分析时需要的数据输出频率要求。最后使用本文设计的测试系统对实验室现有光纤陀螺进行实际控制性能测试,得出现有光纤陀螺的控制环节使用I型PI结构,频带宽度为230Hz的结论。

崔艳,栾婧文,顾宏[10](2015)在《数字闭环光纤陀螺仪的随机噪声分析》文中进行了进一步梳理分别对影响陀螺仪性能的各种噪声进行了分析.利用闭环传递函数,建立了随机噪声模型,系统地研究了探测器接收光功率、偏置点和探测器跨阻抗与光纤陀螺仪随机游走系数(RWC)之间的关系.根据对随机游走系数模型的分析,选择了光学组件,组装成陀螺仪并对陀螺仪的参数进行了优化设计.得出陀螺仪的主要参数:探测器跨阻抗Rf为80 kΩ;光功率I0为100μW;相对偏置点准b为4π/5.将计算出的RWC理论值与利用Allan方差法得到的实际测量值进行了比较,验证了随机游走系数模型的正确性.

二、数字闭环光纤陀螺频率特性的计算和测试方法(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、数字闭环光纤陀螺频率特性的计算和测试方法(论文提纲范文)

(1)基于Simulink的数字闭环光纤陀螺频率响应特性研究(论文提纲范文)

1 光纤陀螺调制解调原理
2 仿真平台搭建
3 结果分析与讨论
    3.1 控制系统理论分析
    3.2 闭环控制仿真分析
4 结论

(2)反射式逆压电型光纤电压传感器信号处理系统研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 论文主要研究内容及结构安排
第2章 光纤电压传感器理论基础与实现方案
    2.1 引言
    2.2 反射式逆压电型OVT结构和工作原理
    2.3 电压敏感机理
    2.4 相位偏置调制技术
        2.4.1 方波调制原理
        2.4.2 阶梯波调制原理
    2.5 光纤电压传感器系统建模与仿真
        2.5.1 光纤电压传感器闭环控制系统数学模型
        2.5.2 光纤电压传感器传递函数
        2.5.3 系统仿真分析
        2.5.4 数字控制器的优化设计
    2.6 本章小结
第3章 光纤电压传感器系统硬件设计
    3.1 引言
    3.2 系统硬件整体方案
    3.3 信号检测及A/D转换电路设计
        3.3.1 光电探测器
        3.3.2 前端处理电路
        3.3.3 滤波放大电路
        3.3.4 A/D转换电路
    3.4 FPGA配置电路设计
        3.4.1 供电电路设计
        3.4.2 配置电路设计
    3.5 D/A转换及后置放大电路设计
    3.6 数据传输电路设计
    3.7 电路设计中的板级设计
    3.8 本章小结
第4章 光纤电压传感器信号处理系统的FPGA实现
    4.1 引言
    4.2 基于FPGA的光纤电压传感器闭环系统总体设计
    4.3 基于FPGA的数字闭环控制系统的实现
        4.3.1 时序控制单元设计
        4.3.2 阶梯高度信号产生
        4.3.3 方波与阶梯波的叠加
    4.4 光纤电压传感器信号处理中的滤波
        4.4.1 生成阶梯波时的数字滤波
        4.4.2 电压信号输出时的数字滤波
    4.5 光纤电压传感器数据通信FPGA实现
        4.5.1 串口通信原理
        4.5.2 串口通信的实现及仿真验证
    4.6 本章小结
第5章 光纤电压传感器系统功能验证
    5.1 引言
    5.2 PCB板级功能验证
        5.2.1 A/D采集功能验证
        5.2.2 D/A功能验证
        5.2.3 串口通信功能验证
    5.3 光纤电压传感器调制解调信号检测
        5.3.1 模拟开关实现测试
        5.3.2 偏置方波生成测试
        5.3.3 偏置方波与阶梯波叠加测试
    5.4 系统开环测试及降噪处理
        5.4.1 小波阈值降噪原理
        5.4.2 小波降噪实验结果
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢

(3)光纤陀螺标度因数温度特性的研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 温度对标度因数影响的国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 论文的主要研究内容
第2章 光纤陀螺温度特性分析及标度因数误差机理
    2.1 干涉式光纤陀螺的工作原理
        2.1.1 Sagnac效应
        2.1.2 干涉式光纤陀螺的基本输出
    2.2 光纤陀螺的主要性能指标
    2.3 光纤陀螺各个器件的温度特性及机理
        2.3.1 各个器件的温度特性
        2.3.2 温度效应产生机理
    2.4 光纤陀螺标度因数误差及机理
    2.5 本章小结
第3章 光纤环对标度因数的影响分析
    3.1 基于ANSYS的光纤环仿真分析
        3.1.1 ANSYS软件简介
        3.1.2 光纤环传热原理
        3.1.3 光纤环温度场的边界条件
        3.1.4 基于ANSYS的光纤环模型仿真
        3.1.5 基于ANSYS的光纤环模型求解
    3.2 光纤环的温度变化对标度因数的影响
        3.2.1 固定光纤长度
        3.2.2 固定光纤环直径
    3.3 光纤环局部受热对标度因数的影响
        3.3.1 对光纤环外侧面施加温度激励
        3.3.2 对光纤环内侧面施加温度激励
        3.3.3 对光纤环顶面或者底面施加温度激励
    3.4 本章小结
第4章 晶振对标度因数的影响分析
    4.1 数字闭环光纤陀螺的基本工作原理
    4.2 晶振频率对标度因数的影响
        4.2.1 温度对晶振频率的影响
        4.2.2 晶振频率对标度因数的影响
    4.3 实验方法及验证
        4.3.1温度对晶振频率影响的实验
        4.3.2 晶振温度特性导致的标度因数变化实验验证
        4.3.3 温度对温补晶振频率影响的实验验证
    4.4 本章小结
第5章 光源对标度因数的影响分析
    5.1 光源性能评价指标
        5.1.1 光源热稳定性
        5.1.2 光源常温特性
        5.1.3 光源输出光谱特性
    5.2 光源对标度因数影响的理论分析
        5.2.1 光源平均波长对标度因数的影响
        5.2.2 温度对光源平均波长的影响
    5.3 光源对标度因数影响的实验验证
        5.3.1 SLD光源对标度因数的影响
        5.3.2 掺铒光纤光源对标度因数的影响
    5.4 本章小结
第6章 光纤陀螺全温范围内标度因数测试实验
    6.1光纤陀螺全温范围内温度实验
        6.1.1 补偿之前全温范围内标度因数测试实验
        6.1.2 标度因数温度误差补偿研究
        6.1.3 补偿之后全温范围内标度因数测试实验
    6.2 光纤陀螺光纤环局部受热对标度因数的影响
        6.2.1 光纤环外侧面温度变化对标度因数的影响
        6.2.2 光纤环顶面温度变化对标度因数的影响
    6.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及取得的科研成果
致谢

(4)光纤陀螺闭环控制系统数字一体化设计(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 光纤陀螺的应用和国内外研究现状
    1.3 研究本课题的意义
    1.4 主要研究内容
第二章 光纤陀螺的工作原理
    2.1 光纤陀螺的分类
        2.1.1 干涉型光纤陀螺
        2.1.2 谐振型光纤陀螺
    2.2 光纤陀螺的基本原理
        2.2.1 Sagnac效应
        2.2.2 信号检测方法
    2.3 本章小结
第三章 数字一体化闭环光纤陀螺设计方案
    3.1 光纤陀螺闭环控制模型
    3.2 数字一体化光纤陀螺设计方案
        3.2.1 光路设计方案
        3.2.2 电路设计方案
        3.2.3 逻辑电路设计方案
        3.2.4 结构设计方案
    3.3 关键技术分析
        3.3.1 高精度光纤环绕制技术
        3.3.2 光纤陀螺一体化设计技术
        3.3.3 温度补偿技术
        3.3.4 光纤陀螺过调制技术
    3.4 本章小结
第四章 光纤陀螺自动化在线调试和测试
    4.1 在线调测方案
        4.1.1 功能需求
        4.1.2 系统组成
    4.2 在线调测软硬件设计
        4.2.1 硬件设计
        4.2.2 逻辑电路设计
        4.2.3 上位机软件设计
    4.3 本章小结
第五章 系统试验及测试结果分析
    5.1 光纤陀螺主要指标的测试方法
        5.1.1 零偏系列指标
        5.1.2 标度因数系列指标
        5.1.3 其他指标
    5.2 试验方案
        5.2.1 试验内容及测试设备
        5.2.2 试验方法
    5.3 测试结果及分析
    5.4 本章总结
第六章 全文总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 后续工作展望
致谢
参考文献

(5)高精度光纤陀螺数字控制系统的优化研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 光纤陀螺的分类和特点
    1.3 光纤陀螺国内外研究现状
        1.3.1 国外光纤陀螺的研究现状
        1.3.2 国内光纤陀螺的研究现状
    1.4 光纤陀螺数字控制系统的国内外研究现状
    1.5 课题研究的主要内容
第2章 干涉型光纤陀螺的原理与系统建模
    2.1 萨格奈克效应的基本原理
    2.2 光路互易性
    2.3 干涉型光纤陀螺的工作原理
        2.3.1 光纤陀螺硬件系统的结构与组成
        2.3.2 方波偏置调制
        2.3.3 阶梯波闭环反馈调制
        2.3.4 光纤陀螺性能评价指标
    2.4 干涉型光纤陀螺的系统建模
    2.5 光纤陀螺的噪声分析
        2.5.1 光纤陀螺的噪声及其表征
        2.5.2 干涉型光纤陀螺的随机模型
    2.6 本章小结
第3章 光纤陀螺控制系统的优化方案
    3.1 PID控制原理与光纤陀螺单积分控制器的缺陷
        3.1.1 PID控制的基本原理
        3.1.2 光纤陀螺单积分数字控制器的缺陷
    3.2 光纤陀螺数字控制器的优化改进方案
        3.2.1 光纤陀螺数字控制器的改进
        3.2.2 优化数字控制器的参数选择
    3.3 光纤陀螺动态误差补偿系统的设计方案
        3.3.1 动态误差补偿模型的构建
        3.3.2 误差补偿系统的参数选择
    3.4 光纤陀螺控制系统优化方案的噪声分析
    3.5 本章小结
第4章 光纤陀螺控制系统优化方案的性能对比与分析
    4.1 光纤陀螺控制系统优化方案的稳定性能
    4.2 光纤陀螺控制系统优化方案的动态特性分析
        4.2.1 阶跃响应测试
        4.2.2 斜坡响应测试
        4.2.3 正弦响应测试
        4.2.4 频率特性测试
    4.3 本章小结
第5章 光纤陀螺控制系统与惯导相结合的实验设计
    5.1 捷联惯导系统的工作原理
        5.1.1 捷联惯导数值更新算法
        5.1.2 捷联惯导误差方程
    5.2 光纤陀螺控制系统与惯导结合的仿真与分析
        5.2.1 仿真实验的具体过程
        5.2.2 实验仿真结果与分析
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

(6)光纤陀螺环境误差机理与抑制方法研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
博士学位论文创新成果自评表
第1章 绪论
    1.1 课题研究的目的及意义
    1.2 国内光纤陀螺环境误差的研究现状
        1.2.1 国内光纤陀螺温度误差的研究现状
        1.2.2 国内光纤陀螺振动误差的研究现状
        1.2.3 国内光纤陀螺磁致误差的研究现状
    1.3 国外光纤陀螺环境误差的研究现状
        1.3.1 国外光纤陀螺温度误差的研究现状
        1.3.2 国外光纤陀螺振动误差的研究现状
        1.3.3 国外光纤陀螺磁致误差的研究现状
    1.4 论文的主要研究内容
    1.5 论文的主要贡献和创新点
第2章 光纤陀螺控制系统的建模与仿真
    2.1 光纤陀螺的工作原理
    2.2 光纤陀螺的光路结构
        2.2.1 宽带光源
        2.2.2 光纤耦合器
        2.2.3 多功能集成光路
        2.2.4 光纤线圈
        2.2.5 光电探测器
    2.3 光纤陀螺的电路结构
        2.3.1 A/D、D/A转换与积分电路
        2.3.2 四状态波的调制与解调
    2.4 光纤陀螺控制系统的模型建立与仿真分析
        2.4.1 数字闭环结构的物理模型
        2.4.2 数字闭环结构的数学模型
        2.4.3 控制系统的仿真分析
    2.5 本章小结
第3章 温度引起的光纤陀螺热漂移误差研究
    3.1 光纤陀螺热漂移误差模型的建立
        3.1.1 热光效应与弹光效应
        3.1.2 四极对称结构与温度场模型的建立
        3.1.3 材料参数的选择与计算方法
        3.1.4 热漂移误差的仿真计算与实验验证
    3.2 热源相对线圈的位置对热漂移误差的影响
        3.2.1 热源在线圈的四个表面
        3.2.2 热源在线圈的四个顶点
    3.3 环境变温速率对热漂移误差的影响
    3.4 绝热材料的选择与使用
    3.5 本章小结
第4章 振动引起的光纤陀螺角速率误差研究
    4.1 光纤陀螺振动误差模型的建立
        4.1.1 振动的形式与振动实验介绍
        4.1.2 四极对称光纤线圈的动力学方程
        4.1.3 振动误差的仿真计算与实验验证
    4.2 线圈的材料参数对振动误差的影响
        4.2.1 线圈的弹性模量对振动误差的影响
        4.2.2 线圈的密度对振动误差的影响
    4.3 机械结构的模态分析与设计改善
    4.4 尾纤长度不对称所引起的光纤陀螺振动误差
        4.4.1 理论分析
        4.4.2 计算与仿真
    4.5 本章小结
第5章 磁场引起的光纤陀螺角速率误差研究
    5.1 基于单匝线圈的光纤陀螺磁致误差模型
        5.1.1 法拉第磁光效应
        5.1.2 光纤的圆双折射效应
        5.1.3 基于单匝线圈的磁致误差模型推导
        5.1.4 磁致漂移误差的影响因素分析
    5.2 基于随机扭转和多匝线圈的光纤陀螺磁致误差模型
    5.3 光纤陀螺的磁敏感性实验与结果分析
        5.3.1 测试设备与实验流程
        5.3.2 结果分析与讨论
    5.4 利用补偿光纤线圈抑制陀螺的径向磁敏感误差
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

(7)光纤陀螺的数字闭环控制方案的设计与实现(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景和意义
    1.2 光纤陀螺的数字闭环控制技术的发展现状
    1.3 论文的主要研究内容及结构
第2章 光纤陀螺的工作原理及闭环系统模型
    2.1 光纤陀螺的工作原理
    2.2 相位偏置和闭环反馈
        2.2.1 方波相位偏置
        2.2.2 第一闭环阶梯波反馈
        2.2.3 四态波偏置和第二闭环反馈回路
    2.3 数字闭环光纤陀螺系统的模型及控制性能分析
        2.3.1 数字闭环光纤陀螺系统的模型
        2.3.2 闭环系统各部分的功能及等效模型
        2.3.3 闭环系统的传递函数与控制性能分析
    2.4 本章小结
第3章 光纤陀螺的数字闭环控制方案的设计
    3.1 闭环光纤陀螺系统各部分参数及仿真分析
        3.1.1 闭环光纤陀螺系统各部分的参数
        3.1.2 闭环光纤陀螺系统的仿真分析
    3.2 二型闭环光纤陀螺系统的设计及仿真分析
        3.2.1 二型闭环光纤陀螺系统的设计
        3.2.2 二型闭环光纤陀螺系统的仿真分析
    3.3 Sigma-delta调制在陀螺闭环控制中的应用和仿真分析
        3.3.1 Sigma-delta调制器
        3.3.2 Sigma-delta调制在陀螺闭环控制中的应用
        3.3.3 Sigma-delta调制在陀螺闭环控制中的仿真分析
    3.4 本章小结
第4章 光纤陀螺的数字闭环控制方案的实现
    4.1 光纤陀螺数字闭环控制的FPGA实现
        4.1.1 闭环光纤陀螺系统的时序控制
        4.1.2 闭环光纤陀螺系统的调制解调
    4.2 Sigma-delta控制方案的FPGA实现
        4.2.1 比较器和数据选择器的FPGA实现
        4.2.2 数字滤波器的设计与FPGA实现
        4.2.3 Sigma-delta控制方案的综合实现
    4.3 本章小结
第5章 闭环光纤陀螺系统控制性能的测试
    5.1 基于等效输入的光纤陀螺测试系统
    5.2 系统的测试信号生成器的设计
        5.2.1 阶跃测试信号生成器的设计
        5.2.2 斜坡测试信号生成器的设计
        5.2.3 测试系统的整体设计
    5.3 光纤陀螺测试系统的数据通信
        5.3.1 测试系统的数据通信方案
        5.3.2 向下抽样滤波输出
        5.3.3 数据采集系统
        5.3.4 数据接收软件
    5.4 系统控制性能的实际测试
        5.4.1 输入阶跃信号的测试结果
        5.4.2 输入斜坡信号的测试结果
        5.4.3 Allan方差分析
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

(8)光纤陀螺冲击特性研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究的背景
        1.1.1 惯性技术概述
        1.1.2 光纤陀螺的发展和现状
    1.2 课题研究的意义及现状
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 数字闭环光纤陀螺基本原理及动态建模
    2.1 光纤陀螺的基本原理
        2.1.1 Sagnac效应
        2.1.2 光纤陀螺光路的互易性原理
        2.1.3 方波偏置调制
        2.1.4 阶梯波相位调制技术
    2.2 数字闭环光纤陀螺的动态建模技术
        2.2.1 光纤陀螺闭环控制系统的控制框图
        2.2.2 光纤陀螺闭环控制系统各个环节的数学模型
        2.2.3 系统控制框图的简化与传递函数的推导
    2.3 本章小结
第3章 系统动态模型的性能分析
    3.1 对系统传递函数的动态响应理论分析
    3.2 系统动态响应过程的仿真分析
        3.2.1 单位阶跃输入响应
        3.2.2 单位斜坡输入响应
        3.2.3 冲击输入响应
    3.3 延迟对系统性能的影响
    3.4 系统的频率特性分析
    3.5 相关实验分析
    3.6 本章小结
第4章 数字闭环光纤陀螺的跨条纹误差分析
    4.1 光纤陀螺的测量范围
        4.1.1 跨条纹检测原理
        4.1.2 基于单条纹的量程扩展
    4.2 冲击条件下数字闭环光纤陀螺的角速度测量误差仿真
        4.2.1 恒定角速度输入的情况
        4.2.2 斜坡角速度输入的情况
        4.2.3 模拟冲击输入
    4.3 实验验证
    4.4 本章小结
第5章 光纤陀螺的角加速度误差补偿方法
    5.1 根据光纤陀螺系统设计参数的角加速度误差补偿方法
    5.2 利用三轴转台的光纤陀螺角加速度误差系数辨识方法
        5.2.1 系统的角加速度误差模型
        5.2.2 三轴速率方案
        5.2.3 实验验证
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

(9)光纤陀螺数字闭环控制性能测试研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景和意义
    1.2 陀螺控制性能测试技术的发展现状
    1.3 文章主要内容及其结构
第2章 光纤陀螺工作原理及系统模型建立
    2.1 光纤陀螺仪的工作原理
        2.1.1 Sagnac效应与光学互异性
        2.1.2 相位偏置和闭环控制方案
    2.2 系统传递函数建立及控制性能分析
        2.2.1 光纤陀螺数字闭环系统模型
        2.2.2 系统各部分功能及等效模型
        2.2.3 光纤陀螺数字闭环传递函数模型
        2.2.4 系统输出模型与控制性能分析
    2.3 本章小结
第3章 控制性能测试系统分析与设计
    3.1 光纤陀螺控制性能测试方法分析
        3.1.1 基于机械设备的测试系统
        3.1.2 基于Faraday效应的测试系统
        3.1.3 根据等效输入思想的测试系统
    3.2 基于等效输入的测试系统分析
        3.2.1 等效测试信号输入位置的分析
        3.2.2 测试系统对测试信号的要求
    3.3 等效测试信号发生器的设计
        3.3.1 正弦测试信号发生器设计
        3.3.2 阶跃测试信号生成器设计
        3.3.3 斜坡测试信号生成器设计
        3.3.4 测试信号使能模块设计
        3.3.5 测试系统的整体设计
    3.4 本章小结
第4章 光纤陀螺测试数据通信系统设计
    4.1 测试数据通信方案分析
        4.1.1 原光纤陀螺数据通信系统分析
        4.1.2 改进的测试数据通信方案分析
    4.2 光纤陀螺测试数据通信系统设计
        4.2.1 向下抽样滤波输出模块设计
        4.2.2 测试数据采集系统设计
        4.2.3 测试数据接收软件设计
    4.3 本章小结
第5章 光纤陀螺控制性能测试
    5.1 基于仿真分析的系统控制性能
    5.2 使用控制性能测试系统的实际测试
        5.2.1 输入阶跃信号的测试结果
        5.2.2 输入斜坡信号的测试结果
        5.2.3 输入正弦信号的测试结果
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

(10)数字闭环光纤陀螺仪的随机噪声分析(论文提纲范文)

1 数字闭环光纤陀螺仪的工作原理
2 陀螺随机游走系数(RWC)模型和实验结果
3 结语

四、数字闭环光纤陀螺频率特性的计算和测试方法(论文参考文献)

  • [1]基于Simulink的数字闭环光纤陀螺频率响应特性研究[J]. 王媛,马家君,李冬伟,张娟. 电子设计工程, 2021(09)
  • [2]反射式逆压电型光纤电压传感器信号处理系统研究[D]. 张勇杰. 东北电力大学, 2021(09)
  • [3]光纤陀螺标度因数温度特性的研究[D]. 刘晨晨. 哈尔滨工程大学, 2019(08)
  • [4]光纤陀螺闭环控制系统数字一体化设计[D]. 杨一凤. 电子科技大学, 2018(04)
  • [5]高精度光纤陀螺数字控制系统的优化研究[D]. 吴伟刚. 哈尔滨工程大学, 2018(01)
  • [6]光纤陀螺环境误差机理与抑制方法研究[D]. 郜中星. 哈尔滨工程大学, 2017(06)
  • [7]光纤陀螺的数字闭环控制方案的设计与实现[D]. 刘成阳. 哈尔滨工程大学, 2017(06)
  • [8]光纤陀螺冲击特性研究[D]. 关博帆. 哈尔滨工程大学, 2017(06)
  • [9]光纤陀螺数字闭环控制性能测试研究[D]. 刘若廷. 哈尔滨工程大学, 2016(03)
  • [10]数字闭环光纤陀螺仪的随机噪声分析[J]. 崔艳,栾婧文,顾宏. 天津工业大学学报, 2015(05)

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数字闭环光纤陀螺频率特性的计算与测试方法
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