[发明专利]基于FPGA的光纤陀螺数据并行采集与转发系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据采集系统，特别涉及一种利用FPGA作为控制器的光纤陀螺数据并行采集与转发系统。

背景技术

陀螺仪的基本功能是敏感角位移和角速度，在航空、航海、航天、兵器以及其它一些领域中，有着十分广泛的应用。在航空上,陀螺仪用来测量飞机的姿态角和角速度，成为飞行驾驶的重要仪表。在航海上，陀螺仪已经成为航行的重要导航仪器，同时也可以为舰船上的火炮控制、鱼雷、导弹、声纳、雷达及自动舵等装置提供方位基准。在航天上，陀螺仪则是人造卫星、宇宙飞船等航天飞行器姿态控制系统的重要组成部件。在近、中程战术导弹的控制系统中，广泛采用水平自通过陀螺仪和垂直自通过陀螺仪测量导弹的俯仰角、横滚角及偏航角。在民用方面，陀螺仪还可为地面设施、矿山隧道、地下铁路、石油钻井提供精确的方位基准。同时陀螺仪还是飞机、舰船、导弹、航天飞行器等运载体的惯性导航系统中的极其重要的传感器。

光学陀螺仪主要有激光陀螺（RingLaserGyro缩写为RLG）和光纤陀螺（FiberOpticGyro缩写为FOG）。激光陀螺是基于Sagnac效应而发展起来的一种光学陀螺，它的主体是一个环形谐振腔，谐振腔环路中有沿相反方向传播的两束光，通过两束光的频率差可获得被测角速度。目前激光陀螺的随机漂移（零偏稳定性）可达0.001o/h，已能满足先进飞机导航定位精度的要求。激光陀螺不足在于制造成本偏高，这是因为激光陀螺的工艺过程较为复杂，也比较特殊的缘故，例如，它的腔体材料（石英或陶瓷）十分坚硬，必须采用金刚刀具并在专门的数控机床上加工，而加工精度需保持在0.05μm以内；它的反射镜的制造工艺也是极其精密复杂。此外激光陀螺的体积和重量也比较偏大，因而在某种程度上限制激光陀螺的发展。为了解决激光陀螺成本高、体积大的问题，在70年代以来出现了光纤陀螺的研制热潮。光纤陀螺是采用多匝光纤构成光传播环路，通过测量两束光的相位移来测量被测角速率。它除了具备激光陀螺的许多优点外，最大的优点是制造成本低、体积小、重量轻。光纤陀螺的出现使光学陀螺朝着小体积和低成本方面迈出了重要一步。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用FPGA为光纤陀螺采集数据的闭环控制系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明采用FPGA作为数字闭环控制系统的核心器件，并由FPGA完成所有的数字信号处理，因此使得整个系统的硬件部分变得非常的简洁、紧凑，除了必要的光电转换，模拟放大、A/D转换以及D/A转换、通信接口外，所有的数字信号处理部分，已经全部集成到FPGA中。

（1）光电转换及前置放大

光电转换及前置放大部分是采用PIN/FET组件来实现的。由于光电转换器PIN的输出电流很小，所以前置放大部分由集成电路构成，大大降低了电路噪声的影响，将光电检测和前置放大集成在一起，大大降低了电路噪声。

（2）放大器及A/D转换器的实现

根据在方波设计中对A/D转换器的要求，要在方波的正、负半周期内分别完成对干涉信号的4次采样，同时考虑到，为了避免干涉信号中梳状脉冲的影响，采样点应尽可能在干涉信号中两个买冲中间采样，电路采用了模拟切换开关，用于切掉干涉信号中的梳状脉冲，其切换开关后的干涉信号放大，送给A/D转换器进行模拟数字转换。

（3）D/A转换器

D/A转换器主要完成将数字阶梯波信号转换为模拟阶梯波信号，要求转换速度快，精度高，由于采用了D/A是电流型的转换器，所以采用了两个运算放大器来实现，一个用来完成电流电压的转换，令一个用来对信号进行放大。

（4）多功能集成光学器件

集成光学器件，有成为Y波导，其中包括Y分支光波导、偏振器和两个相位调制器，用来通过电信号来改变调制器中光信号的相位延迟，达到控制相位的作用。

基于FPGA最小系统的数据并行采集方案的宏观的原理是：

1.把由光纤陀螺仪出来的串行数据转为并行数据；

2.对数据进行整理；

3.重新按并行的格式组合；

4.发送数据。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明数据并行采集方案的宏观的原理图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：