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慢光光纤陀螺信号检测电路设计

作 者: 刘博超
导 师: 陈兴林
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 控制科学与工程
关键词: 慢光光纤陀螺 时间差检测 闭环相位检测 小波滤波
分类号: V241.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
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内容摘要


本文以采用慢光技术的新型高灵敏度光纤陀螺为研究对象。在简要的介绍了Sagnac效应基本原理之后,主要分析了当采用慢光技术时对慢光光纤陀螺标度因数的影响,以及采用慢光技术时光纤陀螺相对传统光纤陀螺结构的变化。针对采用慢光技术带来光纤陀螺标度因数的巨大提高,设计了直接检测时间差方案。该方案采用TDC芯片直接量化微小时间差。根据设计要求,整个系统由光电转换器PIN,高速比较器,电平转换器,时间差量化芯片以及数据处理单元组成,为了抑制电路中的随机噪声,还引入了数字滤波器以及其在DSP中的实现。闭环光纤陀螺相位检测是传统光纤陀螺检测方案,作为慢光光纤陀螺的补充方案,研究了闭环光纤陀螺相位调制的原理,主要是相位置零回路的研究。相位置零回路由阶梯波与方波调制模块两个部分组成,使用Verilog语言描述数字逻辑,并进行了布局布线后仿真。光纤陀螺数据中存在着各种成分的随机噪声。为了分析各种噪声对数据的影响,论述了陀螺光源噪声,寄生效应,电路和外部环境等因素产生的随机噪声;针对此类噪声特点,提出将小波滤波理论应用到光纤陀螺信号降噪中,给出了实际陀螺信号经过小波滤波处理后的数据曲线分析。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章 绪论  7-14
  1.1 课题背景  7-8
  1.2 光纤陀螺的分类  8
  1.3 光纤陀螺的发展及现状  8-13
    1.3.1 光纤陀螺的发展历史  8-12
    1.3.2 光纤陀螺的发展趋势  12-13
  1.4 课题来源及研究内容  13-14
第2章 光纤陀螺的原理及结构  14-23
  2.1 Sagnac 效应  14-15
  2.2 介质对Sagnac 效应的影响  15-17
  2.3 慢光光纤陀螺的系统分析  17-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章 时间差检测方案  23-38
  3.1 基本概念  23-24
  3.2 基本测量原理  24-26
  3.3 测量实现  26-36
    3.3.1 TDC-GP2 简介  26-27
    3.3.2 系统硬件实现  27-32
    3.3.3 系统软件实现  32-34
    3.3.4 系统测量精度标定  34-36
  3.4 数字滤波  36-37
  3.5 本章小结  37-38
第4章 相位差检测方案  38-55
  4.1 闭环光纤陀螺信号调制  38-44
    4.1.1 相位调制  39-40
    4.1.2 方波调制  40-42
    4.1.3 阶梯波调制  42-44
  4.2 数字闭环光纤陀螺信号处理  44-45
  4.3 硬件电路设计与实现  45-54
    4.3.1 模拟电路设计  45-49
    4.3.2 数字电路设计  49-54
  4.4 本章小结  54-55
第5章 噪声分析及滤波算法  55-64
  5.1 光纤陀螺噪声源分析  55-59
    5.1.1 光源引入噪声分析  56
    5.1.2 寄生效应引入噪声及抑制措施  56-58
    5.1.3 其它因素引起的噪声  58-59
  5.2 小波变换滤波  59-63
    5.2.1 小波相关基本概念  59
    5.2.2 小波基的选取  59-60
    5.2.3 滤波算法的选择  60-62
    5.2.4 实测信号滤波结果  62-63
  5.3 本章小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-68
攻读学位期间发表的学术论文  68-70
致谢  70

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空仪表、航空设备、飞行控制与导航 > 航空仪表、航空设备 > 陀螺仪表
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