[發(fā)明專利]一種基于反熔絲FPGA的光纖陀螺主控板晶振選取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410504977.7
• 申請(qǐng)日: 2014-09-26
• 公開（公告）號(hào): CN104296740B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林松;趙亞飛;孫麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號(hào): G01C19/72
• 分類號(hào): G01C19/72
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心11009
• 代理人: 安麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于慣性姿態(tài)敏感器系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及一種基于反熔絲FPGA的光纖陀螺主控板晶振的選取方法。

背景技術(shù)

干涉型光纖陀螺是一種測(cè)量角速率的傳感器，其硬件包括光源、耦合器、Y波導(dǎo)、光纖環(huán)、探測(cè)器和信號(hào)處理裝置。所述的信號(hào)處理裝置包括用于檢測(cè)探測(cè)器輸出的光功率信號(hào)的前置放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、中心處理器FPGA、D/A轉(zhuǎn)換器和后置放大器組成，如圖1所示。干涉型光纖陀螺對(duì)角速度的測(cè)量是通過在光纖環(huán)中傳播的兩束相向的光在光纖陀螺自身的轉(zhuǎn)動(dòng)中，引起的非互易相位差的大小來表征的。陀螺是敏感相對(duì)于慣性空間角運(yùn)動(dòng)的裝置。它作為一種重要的慣性敏感器，用于測(cè)量運(yùn)載體的姿態(tài)角和角速度，是構(gòu)成慣性系統(tǒng)的核心器件。應(yīng)用在空間飛行器導(dǎo)航、艦船導(dǎo)航和陸用導(dǎo)航中。

干涉式光纖陀螺環(huán)形干涉儀中，光波在Y波導(dǎo)和耦合器之間的兩路光路的群傳輸時(shí)間之差的倒數(shù)的二分之一稱為光纖陀螺的本征頻率。光纖陀螺最小互易性結(jié)構(gòu)的光功率響應(yīng)是一個(gè)隆起的余弦函數(shù)，為了獲得較高的靈敏度，故給該信號(hào)施加一個(gè)偏置，使之工作在一個(gè)響應(yīng)斜率不為零的點(diǎn)附近。而Y波導(dǎo)中的寄生非線性或振幅調(diào)制可能會(huì)削弱偏置的質(zhì)量。在Y波導(dǎo)非線性的情況下，一種簡(jiǎn)單的解決方法是使光纖陀螺工作在本征頻率(或其奇次諧波)上，因此，光纖陀螺的信號(hào)處理裝置通常都是基于其本征頻率來設(shè)計(jì)其控制時(shí)序的，所以需要精確設(shè)計(jì)光纖陀螺的本征頻率。

光纖陀螺的本征頻率一般根據(jù)公式f＝c/2nL得到一個(gè)估計(jì)值，公式中：f為光纖陀螺的本征頻率，L為光纖環(huán)的光纖長(zhǎng)度，n為光纖的折射率，c為真空中的光速。光纖的長(zhǎng)度L和折射率n受光纖曲率、強(qiáng)度及環(huán)境溫度的影響較大，從而導(dǎo)致光纖陀螺的本征頻率隨外界因素而變化，傳統(tǒng)方法估算出的固定值不可能準(zhǔn)確地等于本征頻率，從而引入調(diào)制誤差影響陀螺性能。所以通常陀螺的本征頻率通過離線的方法人工測(cè)得，再由中心處理器FPGA將輸入晶振頻率分頻產(chǎn)生本征頻率進(jìn)行時(shí)序控制。

由于空間用光纖陀螺為了防止FPGA在空間被單粒子打翻，提高陀螺的整機(jī)可靠性，陀螺控制板的主控FPGA芯片選用ACTEL公司的反熔絲芯片A54SX72A，該芯片的抗空間單粒子性能很好，不足之處是芯片內(nèi)沒有鎖相環(huán)(時(shí)鐘分頻工具)，依靠代碼編程很難精確對(duì)晶振時(shí)鐘進(jìn)行非2j整數(shù)倍的分頻，且使用代碼進(jìn)行非整數(shù)分頻語句繁瑣，資源占用較大，且高低電平占空比不是1：1。通常光纖陀螺的本征頻率都是非整數(shù)頻率，所以使用基于反熔絲FPGA產(chǎn)生調(diào)制頻率時(shí)，只能依靠精確選擇非整數(shù)頻率的晶振，進(jìn)行2j整數(shù)倍分頻來得到所需調(diào)制頻率，所以對(duì)晶振選擇的準(zhǔn)確度要求極高。如果晶振選擇有偏差，分頻產(chǎn)生出的調(diào)制頻率不嚴(yán)格等于陀螺的本征頻率，會(huì)引入額外的寄生偏移誤差，導(dǎo)致陀螺零偏過大，影響光纖陀螺性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于反熔絲FPGA的光纖陀螺主控板晶振選取方法，解決了基于反熔絲FPGA光纖陀螺本征頻率設(shè)計(jì)不精確導(dǎo)致陀螺零偏變大的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于反熔絲FPGA的光纖陀螺主控板晶振選取方法，其方法步驟如下：

1)選取Xilinx公司的VetexII系列FPGA芯片作為陀螺主控芯片的工藝板，并將工藝板連接光纖環(huán)，使用FPGA芯片內(nèi)的DDS直接數(shù)字合成模塊對(duì)輸入晶振時(shí)鐘f_clk進(jìn)行分頻；由FPGA控制DDS直接數(shù)字合成模塊產(chǎn)生初始調(diào)制頻率信號(hào)f_fb＝c/2nL，其中，c為真空中的光速，n為光纖纖芯的折射率，L為光纖環(huán)長(zhǎng)；

2)將獲得的調(diào)制頻率信號(hào)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換以及后置放大器放大后，加載在Y波導(dǎo)上進(jìn)行相位調(diào)制；光纖陀螺內(nèi)的光源發(fā)出的光經(jīng)過耦合器分光、Y波導(dǎo)相位調(diào)制、光纖環(huán)干涉后，光功率信息返回到探測(cè)器；

3)光電探測(cè)器接收到步驟2)產(chǎn)生的干涉后的光功率信息，將其轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，再經(jīng)過跨阻放大、濾波處理后輸出電壓信號(hào)至前置放大器；