● 摘要
光纤陀螺与传统的机械陀螺相比有着显著优势,它已经在军事和民用领域得到了广泛的运用。目前,各种精度的光纤陀螺已经实现产业化生产,而高精度光纤陀螺也已经发展到实用阶段。为了进一步提高光纤陀螺的精度,研究高精度的光纤陀螺检测电路是必需环节,进而需要对光纤陀螺数字闭环检测电路各个环节进行详细的理论和实验分析。本文作为系统整体研究的一个方面,研究了采样技术对陀螺闭环检测性能的影响。
由于以滤波为主的信号调理过程是实现光纤陀螺各种性能的主要途径,本文从数字滤波中的采样技术出发,合理利用数字与模拟两种滤波形式,围绕陀螺闭环检测静态指标与动态性能,分析了采样参数对闭环检测精度、动态性能的影响机理;分析了静态精度与动态性能相互制约的条件;提出了协调静态、动态性能的两个方案,一个是保证静态精度只改变采样位置的部分解调提前反馈方案,一个是添加模拟低通滤波环节,在不改变静态精度的前提下减小采样点数的采样保持滤波方案。
论文的主要工作具体包括:
1、采样参数与光纤陀螺噪声抑制、闭环性能的理论分析;数学推导了采样点数对有限长度噪声信号抑制情况。
2、分析了采样参数对陀螺闭环动态性能的影响机理。根据实际系统设计,分析了反馈延迟存在的机理,并在此基础上分析了一般系统连续域模型、特定陀螺离散线性模型和陀螺非线性模型下反馈延迟对闭环动态性能的影响;在不减少采样点数、保证陀螺静态精度的前提下,提出改变采样位置的部分解调提前反馈方案。
3、分析了陀螺检测电路传统滤波方案;分析了采样保持模拟低通滤波方案原理以及模拟低通滤波器的选择;分析了方案的附加误差及其对闭环调节过程的影响。
4、采样参数与陀螺性能相关实验分析。基于采样点数与噪声抑制的理论分析,实验验证了课题不同方案采样点数与陀螺输出零漂的关系;实验分析了SHF方案不同采样位置跟踪误差情况以及模拟低通滤波器不同截止频率对陀螺输出零漂的影响;基于采样参数对闭环动态性能的影响,实验验证了反馈延迟对系统带宽以及陀螺振动误差特性的影响。
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