基于FPGA的抖动偏频激光陀螺高精度信号解调

分析了抖动偏频激光陀螺信号的解调原理，提出了一种利用数字信号处理技术并采用FPGA实现的抖动解调方法；通过对激光陀螺脉冲计数值高速采样并采用数字滤波器滤波处理，可以有效消除抖动引起的信号噪声，得到所需的惯性角速率测量信息；增加数字预滤器，以滤除陀螺脉冲输出信号中的尖峰或毛刺干扰，可以进一步提高解调精度；为满足实时性要求，该方法采用FPGA来实现；实验表明，相对整周期采样解调，此方法提高了解调精度。     

二频机抖激光陀螺高精度低延时信号解调电路设计

在激光陀螺信号解调滤波过程中,工程上经常运用高阶FIR滤波电路来实现抖动信号剥除;这种方法虽然精度高但具有较高的延时,无法满足激光陀螺输出结果实时性的要求;为了解决这个问题,提出了一种基于FPGA的激光陀螺信号解调电路,利用自适应滤波原理对激光陀螺输出抖动信号进行自适应剥除,最后进行了相应精度及延迟测试;实验结果表明激光陀螺信号经过该系统自适应抖动剥除后效果较好,激光陀螺静态输出百秒方差仅为千分之三且系统延迟0.6 ms远低于常规5 ms延迟,满足了激光陀螺信号解调高精度低延时的要求。     

一种新型高效的激光陀螺抖动信号剥除技术研究与实现

激光陀螺的输出信号中包涵外界输入角速度、机械抖动角速度两部分信息,而机械抖动角速度是一个叠加了一定噪声的标准正弦振动;在此提出了一种正弦抖动剥除技术,能极大地衰减激光陀螺输出信号中的正弦分量,实现对陀螺输出信号的初步解调,并采用FPGA作为实现工具;文章首先对激光陀螺输出信号特性进行了分析,提出了一种新型的抖动剥除技术的理论模型;然后具体介绍了这种技术在FPGA上的实现方法;最后利用基于本技术设计的FPGA+DSP系统对某型号激光陀螺进行了测试,通过观察证明本方法能很好地实现激光陀螺正弦抖动剥除,剥除后的激光陀螺正弦幅值能衰减到原始值的1/70。     

基于相关滤波技术实现激光陀螺抖动信号的剥除

为了满足惯导系统对机械抖动激光陀螺快速跟踪方面的应用需求,基于相关滤波技术实现了激光陀螺抖动误差信号的剥除.首先从理论上对基于相关滤波去除抖动的思想进行了详细的分析,提出了基于相关滤波进行抖动剥除的开环模型,为了提高系统的稳定性,在开环模型的基础上提出了闭环模型.其次介绍了基于相关滤波闭环模型实现抖动剥除的软硬件设计,最后用所研制的系统对某一型号的激光陀螺进行了测试,通过对采样信号和误差信号的观测,系统工作稳定,在5 kHz的采样条件下,陀螺剥除后的剩余脉冲控制在±1内.     

抖动偏频激光陀螺整周期采样对捷联惯导姿态解算的影响

抖动偏频激光捷联惯导系统中,三个激光陀螺之间机械抖动频率一般互不相同.当陀螺输出采用整周期锁存方式时,导航计算机定时采样系统采集到的三个陀螺信号,隐含着陀螺输出的不同步,在捷联惯导解算中将产生姿态解算的不可交换误差,在圆锥运动环境下误差更加严重.介绍了整周期采样时陀螺输出的不同步现象,在圆锥运动条件下对不同步问题进行仿真,仿真结果表明不同步是引起姿态解算误差的主要因素,不同步误差远远超过同步采样条件下的姿态解算误差,因此在捷联惯导系统角运动剧烈时应当予以重视.     

非均匀采样信号的滑动滤波方法

针对实际采样过程中出现的采样非均匀性,提出了基于连续傅里叶变换的非均匀采样信号频谱分析方法和非均匀采样信号的滑动滤波方法。将非均匀采样信号描述为不均匀采样时刻冲激函数代数和的形式,利用连续傅里叶变换得到非均匀采样信号的频谱特性,根据不同采样间隔,得到非均匀采样信号的滑动滤波方法。通过MATLAB仿真软件验证了这种非均匀采样信号分析与处理方法的正确性,将这一研究成果应用到机械抖动激光陀螺输出信号处理中,与常规的平均滤波方法相比,激光陀螺的零偏误差减少了10.1%。     

基于相干解调实现激光陀螺抖动信号的剥除

为了满足惯导系统对激光陀螺高动态响应方面的需求,本文基于相关滤波技术实现了激光陀螺抖动误差信号的剥除。首先从理论上对基于相关滤波去抖的思想进行了详细的分析,提出了基于相关滤波进行抖动剥除的开环模型,为了提高系统的稳定性,在开环模型的基础上提出了闭环模型。其次介绍了基于相关滤波闭环模型实现抖动剥除的软硬件设计,最后用所研制的系统对某一型号的激光陀螺进行了测试,通过对采样信号和误差信号的观测,系统工作稳定,在5KHz的采样条件下,陀螺剥除后的剩余脉冲控制在±1内。     

激光陀螺捷联惯导系统中整周期采样的修正研究

在圆锥运动环境下,若抖动偏频激光陀螺采用整周期采样抖动解调方式,将会引起严重的捷联惯导姿态算法漂移误差。提出了在整周期采样电路上进行少许改动,就能作出有效改进的方法,并详细推导了线性外推修正的算法公式。仿真结果表明,当姿态更新采用等效旋转矢量二子样算法时,利用线性 抛物线外推修正的效果非常显著,它能有效抑制整周期采样造成的姿态算法漂移误差,达到与理想采样的漂移误差非常接近的程度。研究结果有利于拓展整周期采样的应用范围。     

环形激光陀螺信号分析与处理

我们对环形激光陀螺输出信号进行了时频分析,采用Allan方差法对陀螺信号进行了分析与计算,应用混合滤波技术对陀螺信号进行了处理,并对滤波前后的陀螺测试数据进行了对比分析.Allan方差法分析结果表明,该滤波技术能有效提高激光陀螺的精度.     

激光陀螺信号解调中自适应滤波器的设计

在激光陀螺信号解调领域中,在满足高精度的前提下如何降低滤波器的延迟一直是相关院所的研究重点。针对此问题,研究了一种新的激光陀螺滤波处理的方法。这种方法采用LMS自适应滤波器原理,分别把机械抖动抖反馈信号作为滤波器的基本输入,把机抖信号、随机噪声和白噪声作为滤波器的参考信号,然后通过FPGA进行数字滤波以及外围控制,最后给出了滤波器的算法实现以及硬件框图。实验结果表明,LMS自适应滤波器有很好的解调效果,经过滤波后的计数值差值在±1个数以内,且延时为1 ms。