论文部分内容阅读
光纤陀螺是一种高精密惯性传感器件,由光路传输结构、模拟信号电路和数字信号处理电路三部分组成。其精度受很多误差因素的影响,主要包括:光纤环路非互易性误差、电路误差和装配工艺误差等。系统设计时,可以采用专用的仿真工具分别对模拟、数字信号处理电路进行仿真,而无法对光纤陀螺进行数模混合信号验证。为了探明误差因素以及电路设计参数对光纤陀螺的影响,本文提出了一种数模混合建模与仿真的方法,能将光信号传输、模拟信号电路和数字信号电路组合起来进行仿真验证。具体内容包括:首先,从萨格奈克效应和互易性结构方面阐述了干涉式光纤陀螺的基本原理。着重对数字闭环光纤陀螺结构、光纤陀螺四状态波调制解调方案的角速度解调、阶梯波反馈、增益误差解调和2π复位等技术进行详细地理论分析。其次,简要地阐述了数模混合仿真的发展和技术实现。数模混合仿真包含多种解决方案,通过各方案的比对,并综合光纤陀螺系统特征和实验室拥有的条件,选择SystemVision作为系统验证工具,并介绍了 VHDL-AMS、SPICE和Verilog-AMS建模语言。再次,采用VHDL-AMS分别对组成光纤陀螺系统的模拟信号器件、数模混合信号器件进行建模,采用VHDL描述FPGA数字信号调制解调单元。根据由上向下的多层例化机制建立了光纤陀螺系统系统数模混合信号模型。最后,根据所建光纤陀螺系统数模混合模型,分别对光纤陀螺系统各个环节和组成单元的信号传输给出了详细的仿真分析。分别在阶跃、斜坡和正弦角速度输入下,对光纤陀螺的动态性能进行仿真,结果表明光纤陀螺系统为一阶控制系统,并且输出角速度能实时跟踪输入角速度。通过仿真指出了关键电路参数对于系统的影响关系。光纤陀螺受环境因素的影响较大,仿真分析了在温漂、冲击和随机角振动环境条件对系统响应的影响。光纤陀螺数模混合建模与仿真能有效地指导光纤陀螺系统设计,解决工程调试的盲目性问题,提高生产效率。