题目：谐振式光学陀螺锁频及检测问题研究

陀螺是一种重要的惯性器件，它可以敏感旋转角速度，在航空，航天以及民用中都有广泛的应用。尤其是基于Sagnac效应的光学陀螺有许多其它陀螺无法取代的优点。它是全部固态结构组成，相对于传统的机械陀螺来说，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，质量轻等特点。在光学陀螺中，又根据光学原理可分为干涉式光学陀螺和谐振式光学陀螺。谐振式光学陀螺用一个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，相对基于相位敏感的干涉式光纤陀螺，理论上有更高的精度和更大动态范围。干涉式陀螺需要检测的是相位变化，而谐振陀螺要检测光频率偏移。检测频偏时要使光锁定在谐振谷中心，因此谐振陀螺检测中最关键的技术是谐振谷的锁频问题。本文首先介绍了Sagnac效应，然后介绍了基于Sagnac效应的谐振腔构造及谐振式光学陀螺工作原理。对谐振腔的数学模型进行了理论分析和Matlab仿真，并通过实验验证了仿真结果。然后文中又介绍了谐振陀螺的开环及闭环检测方案，并首次提出了使用共模锁频差模检测的共差模检测方法（申请中国发明专利一项，《一种谐振式光学陀螺信号检测方法》专利申请号200810118272.6）。由于目前的陀螺腔长短，调制频率高，针对此情况设计了相应的锁频方法。建立了对锁频的控制部件窄线宽光源激光器的PZT及温度控制模块的数学模型，并在此基础上用Simulink对锁频算法进行了仿真。考虑到谐振频差信号微弱，被大量噪声掩埋，并且AD，DA相对于检测精度的位数不足，又提出了模拟开关滤波，AD多次采样平均，DA平滑滤波等提高检测精度的方法。在建立了硬件平台的基础上，设计了基于DSP+FPGA的电子系统，完成了FPGA与DSP的使用外部中断和CPU定时器中断的两种通信方式的设计。为以后在DSP上改进算法奠定了基础。最后搭建了实验平台，验证了理论分析结果。并进行了噪声测试，陀螺静态测试，陀螺转台测试等实验。计算出了使用单路锁频方式时陀螺的标度因数以及温度漂移。