[發明專利]一種基于STM32+FPGA的SERF慣性測量裝置高穩定激光電控系統

有效

• 申請號: 201911352719.0
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN111026180B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 全偉;李秀飛;劉暢;翟躍陽;陳偉;孫凡;李新宇;岳子騫;寧曉琳;房建成
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D23/19
• 分類號: G05D23/19;G05D23/24
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;鄧治平

本發明涉及一種基于STM32+FPGA的SERF慣性測量裝置高穩定激光電控系統，包括上位機、參數顯示模塊、STM32模塊、FPGA模塊、激光器溫控模塊、激光器電流源模塊、激光器穩頻模塊、激光器穩功率模塊、半導體激光器、光譜信號采集模塊。上位機和STM32模塊通信，可以通過上位機調節控制參數，參數顯示模塊可以顯示溫度、電流、穩頻、穩功率等相關參數，STM32模塊和FPGA模塊通過SPI總線進行通信，STM32模塊進行控制算法的實現，FPGA模塊和激光器溫控模塊、激光器電流源模塊、激光器穩頻模塊、激光器穩功率模塊進行通信和控制，激光器溫控模塊和激光器電流源模塊用來驅動半導體激光器，激光器穩頻模塊和激光器穩功率模塊用來對激光器穩頻穩功率。本發明可以大大提高測量的準確性。

技術領域

本發明涉及SERF慣性測量裝置的技術領域，具體涉及一種基于STM32+FPGA的SERF慣性測量裝置高穩定激光電控系統，該系統實現了高穩定的激光控制，可保證用于SERF慣性測量裝置的檢測光和抽運光的頻率和功率高度穩定，從而大大提高測量的準確性。

背景技術

導航技術對國民經濟發展和國防建設的戰略意義重大。慣性導航是唯一的實時、自主、連續、隱蔽、沒有時間地域限制、不受外部干擾的導航技術，而陀螺儀是慣導系統中最關鍵的器件，是制約慣性導航系統性能提高的瓶頸。SERF原子自旋陀螺是繼機電陀螺、光學陀螺之后的第三代新型陀螺儀，利用原子自旋替代機械轉子，理論精度可達10^-9°/h，是新一代運動載體用超高精度慣性導航的重要發展方向之一。

半導體激光器的頻率和功率穩定是使用激光的諸多傳感器的共性需求，對提高傳感器的精度和靈敏度有著重要意義。半導體激光器作為SERF原子陀螺儀中抽運與檢測激光的光源，自身功率波動大，必須采取措施改善激光功率穩定性，與此同時其頻率的穩定性對SERF陀螺儀檢測的靈敏度十分重要。

目前的商用激光驅動系統雖然精度較高，但是不能同時實現穩頻和穩功率，總體結構復雜，體積大，不易集成，無法同時滿足SERF慣性測量裝置激光電控的集成化和高精度需求。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提出一種基于STM32+FPGA的SERF慣性測量裝置高穩定激光電控系統。該系統可同時實現半導體激光器的穩頻和穩功率，精度高，易于集成，為高精度小型化的SERF慣性測量裝置的研制提供了基礎。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案為：一種基于STM32+FPGA的SERF慣性測量裝置高穩定激光電控系統，包括上位機1、參數顯示模塊2、STM32模塊3、FPGA模塊4、激光器溫控模塊5、激光器電流源模塊6、激光器穩頻模塊7、激光器穩功率模塊8、半導體激光器9和光譜信號采集模塊10，半導體激光器9包括熱敏電阻(NTC)9-1、半導體制冷器(TEC)9-2和LD(激光二極管)9-3，其中：

上位機1和STM32模塊3通信，可以通過上位機1調節控制參數。

參數顯示模塊2可以顯示溫度、電流、穩頻、穩功率參數。

STM32模塊3和FPGA模塊4通過SPI總線進行通信，STM32模塊3進行控制算法的實現。

FPGA模塊4直接和激光器溫控模塊5、激光器電流源模塊6、激光器穩功率模塊8進行通信和控制。

FPGA模塊4向激光器溫控模塊5寫入溫度設定值，激光器溫控模塊5輸出控制信號，改變半導體制冷器(TEC)9-2上的電流，使溫度達到設定值，同時激光器溫控模塊5通過負溫度系數的熱敏電阻(NTC)9-1實時采集半導體激光器9的溫度，通過STM32模塊3控制PID算法，對溫差信號做處理，激光器溫控模塊5對半導體制冷器(TEC)9-2進行驅動，實現溫度的穩定。

FPGA模塊4向激光器電流源模塊6寫入電流設定值，激光器電流源模塊6驅動LD(激光二極管)9-3工作在設定值。