● 摘要
陀螺是一种用于检测旋转角速率的惯性器件，在航空航天领域有着广泛的应用。光学陀螺具有全固态的组成结构，相对于传统的机械陀螺，可以承受更大的冲击和振动，具有寿命长、动态范围宽、低功耗、重量轻等优点。谐振式光学陀螺以环形谐振腔作为核心敏感器件，理论上具有更高的精度和更大的动态范围。但谐振陀螺的输出响应在零输入角速率时不是自动以一个极值点为中心的，这对谐振陀螺的控制方案与检测技术提出了更高的要求。本文首先介绍了谐振式光学陀螺的工作原理，对核心敏感器件环形谐振腔进行了理论分析及仿真，并通过实验进行了验证，在此基础上分析了谐振陀螺开环及闭环检测方案。然后以根据检测系统的信号流程，分析了测量系统信号延时的重要性。提出了偏置法和振荡法用于静态下精确测量系统信号延时，并通过对采样程序的优化消除了系统信号延时的影响。尝试使用智能控制用于谐振陀螺的频率跟踪控制，对模糊控制方案进行了调试与分析，提出并验证了比例积分加模糊控制的频率跟踪方案。在调制频率原理的基础上，结合调制解调与谐振腔的谐振特性模型，提出了谐振陀螺最佳灵敏度的调节方法，消除了可能引入的相位调制器参数的误差，并通过实验进行了验证。分析了光路不对称和调制三角波产生的误差，并提出了改进及优化方案。最后设计制作了基于双处理器的谐振陀螺检测电路平台，设计了基于先入先出存储器的两处理器通信方案并进行了系统验证。新版检测电路平台中对滤波算法进行了优化，并提出了温度控制误差补偿算法。在此实验平台上对谐振陀螺进行了电路噪声测试、谐振腔温度误差测试、陀螺静态及转台测试，分析了谐振陀螺的精度，并对未来的发展方向进行了展望。