陀螺是重要的惯性传感器,是导航和制导系统的基础部件。基于Sagnac效应的光学陀螺有许多其他陀螺无法取代的独特优点,它全部由固态器件组成,相对于传统的机械陀螺来说,可以承受更大的振动和冲击,具有寿命长、动态范围宽、功耗低、质量轻等优点。谐振式光纤陀螺(R-FOG)用一个光纤环形谐振腔作为核心敏感部件,把Sagnac效应反映到谐振频率的变化上,相对于基于相位敏感的干涉式光纤陀螺,理论上具有更高的精度和更大的动态范围。由于Sagnac效应是一种极其微弱的效应,因此信号检测在陀螺系统中占有非常重要的地位。论文利用数字信号处理技术,设计了一个基于DSP和FPGA的检测系统,并对检测和反馈控制算法进行了建模仿真和优化设计。在此基础上,完成了整个R-FOG数字系统的联合调试,并顺利完成整个系统的锁定。 论文首先介绍了整个谐振式光纤陀螺数字系统的结构设计,然后按照Sagnac效应与环形腔的谐振特性,分析了整个陀螺系统的工作原理,结合目前系统检测精度要求,提出了数字系统需要实现的功能和参数指标。考虑到目前A/D转换器、D/A转换器的量化位数与系统的要求有一定差距,在A/D端,提出利用多次采样平均技术和数字滤波技术来抑制由于位数不足带来的量化噪声,在D/A反馈控制端采用了不同台阶高度的组合技术提高控制的精度,并利用Matlab对相应的精度扩展措施进行分析验证。利用解调信号和谐振频率偏差在靠近谐振点附近的近似线性关系,对反馈控制对象建立了数学模型,经过理论分析和仿真计算,确定了环路的控制算法和最佳锁定参数。 在确定了数字系统方案的基础上,设计了一个基于DSP和FPGA的电子系统,通过两者的协同工作,实现了对光电信号的同步检测和解调,并把精度扩展的方法在硬件上实现。同时,以DSP为核心在数字系统上实现了环路控制算法。最终,通过数字系统与光路的联调,验证了数字调制方案的效果,也验证了整个检测方案的可行性。通过闭环的频率锁定实验,证明了环路的频率锁定方案的效果,为整个谐振式光纤陀螺系统的研制打下了基础。