[發明專利]基于FPGA的光纖陀螺數據并行采集與轉發系統

在審

• 申請號: 201410735801.2
• 申請日: 2014-12-08
• 公開（公告）號: CN105737813A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 李冰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱米米米業科技有限公司
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72;G05B19/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種數據采集系統，特別涉及一種利用FPGA作為控制器的光纖陀螺數據并行采集與轉發系統。

背景技術

陀螺儀的基本功能是敏感角位移和角速度，在航空、航海、航天、兵器以及其它一些領域中，有著十分廣泛的應用。在航空上,陀螺儀用來測量飛機的姿態角和角速度，成為飛行駕駛的重要儀表。在航海上，陀螺儀已經成為航行的重要導航儀器，同時也可以為艦船上的火炮控制、魚雷、導彈、聲納、雷達及自動舵等裝置提供方位基準。在航天上，陀螺儀則是人造衛星、宇宙飛船等航天飛行器姿態控制系統的重要組成部件。在近、中程戰術導彈的控制系統中，廣泛采用水平自通過陀螺儀和垂直自通過陀螺儀測量導彈的俯仰角、橫滾角及偏航角。在民用方面，陀螺儀還可為地面設施、礦山隧道、地下鐵路、石油鉆井提供精確的方位基準。同時陀螺儀還是飛機、艦船、導彈、航天飛行器等運載體的慣性導航系統中的極其重要的傳感器。

光學陀螺儀主要有激光陀螺（RingLaserGyro縮寫為RLG）和光纖陀螺（FiberOpticGyro縮寫為FOG）。激光陀螺是基于Sagnac效應而發展起來的一種光學陀螺，它的主體是一個環形諧振腔，諧振腔環路中有沿相反方向傳播的兩束光，通過兩束光的頻率差可獲得被測角速度。目前激光陀螺的隨機漂移（零偏穩定性）可達0.001o/h，已能滿足先進飛機導航定位精度的要求。激光陀螺不足在于制造成本偏高，這是因為激光陀螺的工藝過程較為復雜，也比較特殊的緣故，例如，它的腔體材料（石英或陶瓷）十分堅硬，必須采用金剛刀具并在專門的數控機床上加工，而加工精度需保持在0.05μm以內；它的反射鏡的制造工藝也是極其精密復雜。此外激光陀螺的體積和重量也比較偏大，因而在某種程度上限制激光陀螺的發展。為了解決激光陀螺成本高、體積大的問題，在70年代以來出現了光纖陀螺的研制熱潮。光纖陀螺是采用多匝光纖構成光傳播環路，通過測量兩束光的相位移來測量被測角速率。它除了具備激光陀螺的許多優點外，最大的優點是制造成本低、體積小、重量輕。光纖陀螺的出現使光學陀螺朝著小體積和低成本方面邁出了重要一步。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用FPGA為光纖陀螺采集數據的閉環控制系統。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明采用FPGA作為數字閉環控制系統的核心器件，并由FPGA完成所有的數字信號處理，因此使得整個系統的硬件部分變得非常的簡潔、緊湊，除了必要的光電轉換，模擬放大、A/D轉換以及D/A轉換、通信接口外，所有的數字信號處理部分，已經全部集成到FPGA中。

（1）光電轉換及前置放大

光電轉換及前置放大部分是采用PIN/FET組件來實現的。由于光電轉換器PIN的輸出電流很小，所以前置放大部分由集成電路構成，大大降低了電路噪聲的影響，將光電檢測和前置放大集成在一起，大大降低了電路噪聲。

（2）放大器及A/D轉換器的實現

根據在方波設計中對A/D轉換器的要求，要在方波的正、負半周期內分別完成對干涉信號的4次采樣，同時考慮到，為了避免干涉信號中梳狀脈沖的影響，采樣點應盡可能在干涉信號中兩個買沖中間采樣，電路采用了模擬切換開關，用于切掉干涉信號中的梳狀脈沖，其切換開關后的干涉信號放大，送給A/D轉換器進行模擬數字轉換。

（3）D/A轉換器

D/A轉換器主要完成將數字階梯波信號轉換為模擬階梯波信號，要求轉換速度快，精度高，由于采用了D/A是電流型的轉換器，所以采用了兩個運算放大器來實現，一個用來完成電流電壓的轉換，令一個用來對信號進行放大。

（4）多功能集成光學器件

集成光學器件，有成為Y波導，其中包括Y分支光波導、偏振器和兩個相位調制器，用來通過電信號來改變調制器中光信號的相位延遲，達到控制相位的作用。

基于FPGA最小系統的數據并行采集方案的宏觀的原理是：

1.把由光纖陀螺儀出來的串行數據轉為并行數據；

2.對數據進行整理；

3.重新按并行的格式組合；

4.發送數據。

附圖說明

圖1為本發明的原理框圖；

圖2為本發明數據并行采集方案的宏觀的原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述：