[发明专利]一种基于DSP和FPGA的激光陀螺稳频控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于DSP和FPGA的激光陀螺稳频控制系统及方法，该系统包括压电陶瓷、环形谐振腔，还包括光强检测装置、SBS检测装置、光强滤波电路、A/D转换器、D/A转换器、高压放大电路和微处理器，微处理器包括DSP主处理器和FPGA协处理器；光强检测装置与光强滤波电路连接，光强滤波电路和SBS检测装置与A/D转换器电连接，A/D转换器与FPGA协处理器连接，FPGA协处理器与DSP主处理器相连通，DSP主处理器与上位机连接；FPGA协处理器与D/A转换器输入端口电连接。本发明提供的基于DSP和FPGA的激光陀螺稳频控制系统及方法，具有差动推拉稳频功能，提高了激光陀螺的测量精度。

技术领域

本发明涉及激光陀螺的稳频控制系统技术领域，特别是涉及一种基于DSP和FPGA的激光陀螺稳频控制系统及方法。

背景技术

在激光陀螺的环形谐振腔内，激光的振荡频率v为环形谐振腔的纵模频率即v＝qc/n L，式中：L为环形谐振腔的长度，以下简称腔长；c为光速；n为折射率；q为正整数，称为一个模式；许多因素会引起腔长L及折射率n的变化，二者又会引起纵模频率v的变化，其变化量△v可表示为：

当腔长发生变化时纵模频率v将在增益轮廓内漂移，引起激光陀螺标度因数的变化以及零位漂移，导致激光陀螺的测量误差。

因此，标度因数的稳定性和精度主要取决于腔长L的精度及稳定性，虽然激光陀螺采用了膨胀率较小的微晶石英玻璃，但仍然会在周围环境变化时产生微小形变，最终影响激光陀螺的功能。为避免腔长L受诸如温度等环境因素的影响而变化，必须采用稳定措施，最佳的方法就是利用激光器主动稳频，将腔长稳定。一般激光陀螺都是工作在单横模多纵模的模式下，因此稳频电路在上电之后首先需要通过驱动电路控制执行机构对各纵模进行遍历，找到众多纵模中位置居中的一个，并且将该纵模所对应的腔长值记录并通过驱动电路输出。其次，稳频电路还需要同时输出频率、幅度稳定的调制信号作用于驱动机构上，与此同时稳频控制单元接收调制后的陀螺光强信号作为反馈输入，通过相敏解调算法控制激光陀螺抓卡移动以保持陀螺腔长恒定，使激光陀螺稳定工作在预设的工作模式点上。近些年来的研究表明背向散射光的幅值和相位会随着原始光在反射镜上反射点的不同而发生变化，可以通过将背向散射信号提取出来，并激光陀螺控制在背向散射信号最小处可以有效的提高陀螺仪的测量精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于DSP和FPGA的激光陀螺稳频控制系统及方法，使用DSP和FPGA相结合的微处理器实现了压电陶瓷补偿的数字化，具有差动推拉稳频功能，提高了激光陀螺的测量精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于DSP和FPGA的激光陀螺稳频控制系统，该系统包括激光陀螺本体以及设置在激光陀螺本体上的压电陶瓷、环形谐振腔，还包括光强检测装置、SBS检测装置、光强滤波电路、A/D转换器、D/A转换器、高压放大电路和微处理器，所述微处理器包括DSP主处理器和FPGA协处理器；

所述光强检测装置用于采集激光陀螺光强信号，激光陀螺光强信号包括直流光强信号和交流光强信号，所述SBS检测装置用于采集背向散射信号，所述光强检测装置与所述光强滤波电路连接，所述光强滤波电路和SBS检测装置的输出端与所述A/D转换器的输入端电连接，所述A/D转换器的输出端与所述FPGA协处理器的数据输入端口连接，所述FPGA协处理器的I/O口与所述DSP主处理器的XINTF扩展接口相连通，所述DSP主处理器通过串口通信模块与上位机连接；所述FPGA协处理器的数据输出端口与所述D/A转换器输入端电连接，所述D/A转换器输出通过所述高压放大电路与所述压电陶瓷电连接，所述压电陶瓷粘接在所述环形谐振腔内，控制激光陀螺的腔长，腔长变化引起激光陀螺光强信号的变化，所述光强检测装置将光强信号检测出来，整个系统形成一个闭环系统。

可选的，所述FPGA协处理器包括A/D逻辑控制模块、D/A逻辑控制模块。