双纵模激光陀螺数字稳频技术研究

作     者：王超 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘健宁

授予年度：2023年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 081105[工学-导航、制导与控制] 0804[工学-仪器科学与技术] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0803[工学-光学工程] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：激光陀螺 双纵模 数字电路 FPGA 模块化 

摘      要：激光陀螺是现代惯性导航与制导的关键元件之一,被广泛应用于各种航空、航天、陆用和海用军事装备,它的技术发展关乎着国防实力。追求极限精度,是激光陀螺技术发展的永恒主题。在伺服控制方面,影响激光陀螺精度的主要因素可以分解为环形激光器稳频精度及稳定性、小抖动偏频精度及稳定性、稳光强伺服控制精度及瞬时性、跳模伺服控制精度及瞬时性。此外,还衍生出分温度段、分参数激光陀螺伺服控制等一系列新技术。这些新技术的运用,要求伺服控制电路在信号带宽、噪声去除、响应速度等方面继续追求极限。随着数字电路的迅速发展,它所具备的集成度高、低功耗、同时具备算数运算和逻辑运算功能等特点,非常适合作为激光陀螺仪表的新型控制电路。双纵模激光陀螺概念的提出源于近年来的实验发现:单纵模机抖偏频激光陀螺跳模过程中,部分陀螺在去掉机抖偏频的短时间内,能够实现激光双纵模四频振荡,可以无偏频地检测出地球自转角速度的天向分量,实现激光陀螺功能,此时闭锁消失,陀螺处于自偏频状态。为了实现这种新型激光陀螺产品,需要在数字电路技术的基础上,研究实现针对双纵模激光陀螺的稳频伺服控制。本文通过研究分析抖动偏频激光陀螺应对闭锁问题的工作原理,利用Simulink软件建立了数学—物理仿真模型。基于激光陀螺单模工作稳频使用的小抖动稳频方法提出了应用于双模工作的双纵模稳频方法。研究了合成鉴频信号的检测方法,通过锁定放大器从陀螺输出的光强调制信号中提取出稳频控制需要的合成鉴频信号。还设计了激光陀螺双纵模稳频控制系统,分析了稳频控制系统理论模型,对系统中关键模块进行了算法实现验证。设计实现了数据交互系统,实现了与上位机的交互。模块化的设计思想使得各子模块功能互不干扰,提高了数字化稳频控制系统的可维护性和可拓展性。最后搭建激光陀螺数字化控制伺服实验系统,并通过实验验证了该伺服控制系统整体的功能。这些工作为实现一种双纵模自偏频工作的激光陀螺做出了一些前期准备。