陀螺仪是惯性制导和导航的核心部件,主要用于测量运动载体的角速度。光学陀螺是一种基于光学萨格奈克效应(Sagnaceffect)角速度传感器件,具有启动时间短、使用寿命长和可靠性高等特点。其中谐振式光学陀螺的核心组件为光学谐振腔,可以采用很短的光纤或者集成的光波导获得较高精度,因此易集成,且抗电磁能力强、动态范围大,具有很高的研究价值。谐振式光学陀螺通过检测由萨格奈克引起的谐振频率差信号来得到旋转角速度。由于谐振式光学陀螺中谐振频率差极其微弱,且易受光学噪声、转台震动和温度波动的影响,直接测量相向传播光束的谐振频率差是十分困难的。因此开展谐振式光学陀螺中信号检测与控制系统的研究对于改善陀螺系统输出转动信号的信噪比、提高其测量精度至关重要。针对上述技术问题,本文展开了以下几个方面的研究:(1)首先介绍了谐振式光学陀螺的原理,推导了光学环形谐振腔的传递函数,并通过改变谐振腔参数,研究了环形谐振腔的谐振特性,为后续搭建检测系统奠定理论依据。(2)针对谐振式光学陀螺输出信号微弱的特点,采用了闭环锁频的信号检测与控制方案。通过正弦波相位调制解调和相关检测的方式,获取高信噪比的陀螺输出信号,并通过对激光器施加反馈信号,调谐其输出频率,使得陀螺的工作点始终位于谐振特性曲线的谐振频率点,解决了由于萨格奈克效应引起的谐振频差小带来的测量灵敏度问题。(3)选择了基于FPGA的数字化正弦波调制解调技术作为谐振式光学陀螺的信号检测方案,解决了传统模拟电路稳定性差、抗干扰能力差的问题。在信号调制方法方面,本文采用频率更高的正弦波信号调制,得到了更高信噪比的信号。(4)将设计的数字化调制系统集成在单片FPGA上,为陀螺小型化和集成化提供一条的发展途径。该系统主要包括调制信号的产生、同步解调、PI反馈控制三个模块。考虑到系统调制信号和测量信号存在初始相位差的问题,为此本文设计了双相位的数字锁相放大器,该电路能够实现对微弱的待测信号进行幅度检测。通过将该电路与模拟锁相放大器进行对比,结果表明该锁相放大器得到的解调区间的曲线的线性度为0.99977,比模拟锁相放大器的线性度提高了 20%。通过以上设计,最终实现系统的闭环反馈控制,将激光器的中心频率锁定到谐振腔的谐振频率上。验证了该测试系统方案的可行性,为进一步测量出角速度转动信号奠定了理论和实验基础。