CN110849344A - 一种三轴光纤陀螺精密分频方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三轴光纤陀螺精密分频方法，其特征在于：所述分频方法的步骤为：1)外部时钟基准及两级DCM设计；2)两级DCM方案时序处理；3)精密分频改进；4)分频参数算法计算。本发明设计科学合理，在不改变陀螺调制解调硬件电路的基础上，实现对不同长度环圈组件精密分频的目的，从而提高陀螺性能，可以有效提升三轴陀螺全温零偏重复性能。

Description

一种三轴光纤陀螺精密分频方法

技术领域

本发明属于光纤陀螺技术领域，涉及三轴光纤陀螺精密分频，特别涉及一种三轴光纤陀螺精密分频方法。

背景技术

在三轴陀螺的研制生产过程中，无可避免的问题就是同一陀螺的三只环圈组件本征频率存在差异，这种差异主要来自于两个方面：

1)一是环圈绕制过程中，由于绕制精度不够会造成不同层光纤匝数存在误差，亦或者是光纤直径不同带来的绕制误差，这些误差体现为环圈组件的几何长度差；

2)二是等效折射率不同带来的差异，即使3只环圈组件光纤几何长度相同，但等效折射率不同也会造成本征频率存在差异。

以上两种误差都会使得三轴光纤陀螺在调试过程中，如果使用同一调制频率对三只环圈组件进行解调，那么调制频率和本征频率的不同会导致陀螺全温零偏重复性等性能超差，影响陀螺精度。

目前，常见的三轴陀螺分频方案主要有两种：一是采用1个外部输入时钟作为时钟基准信号，通过FPGA内部DCM模块进行倍频处理，得到一个调制频率对三个环圈组件进行解调；二是同样利用一个外部时钟信号作为时钟基准，利用一个DCM资源输出3个调制频率分别对应3个环圈组件的本征频率。但是该方案在适用性上存在较大问题。FPGA内部DCM使用过程中，如果需要输出3个时钟信号，则这三个信号需要满足具有最小公倍数的原则。对于本征频率各不相同的三只环圈组件，很难要求三个不同的调制频率的最小公倍数满足DCM模块的要求(及最大倍频系数为32)，故该方案不满足工程应用条件。

在不改变硬件电路的条件下，对上述方案进行改进，充分利用FPGA内部DCM模块资源(以Spartan-6系列芯片为例，内部共有4个DCM资源)，对外部时钟基准进行两级倍频处理，结合相应算法，可以实现对任意三轴陀螺的调制解调运算。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三轴光纤陀螺精密分频方法，在不改变陀螺调制解调硬件电路的基础上，实现对不同长度环圈组件精密分频的目的，从而提高陀螺性能。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种三轴光纤陀螺精密分频方法，其特征在于：所述分频方法的步骤为：

1)外部时钟基准及两级DCM设计

通过两级DCM资源实现更精密的分频，DCM信号的级联，可以对外部输入时钟信号进行两级放大，则倍频系数由原有的0～32扩展到0～1024，分频系数也有原有的0～32扩展到0～1024，在适配不同本征频率的环圈组件上带来更大的宽容度；

2)两级DCM方案时序处理

将第一级DCM的LOCKED信号作为第二级DCM的使能信号，即当第一级DCM时钟完成锁存后，LOCKED信号将置高电平，将该信号作为第二级DCM的复位信号，驱动第二级DCM开始工作，保证时序两级DCM的工作顺序；

3)精密分频改进

在步骤2)的基础上，第一级DCM输出的3个时钟信号(1-1，1-2，1-3)为3个相同的时钟，在通过第二级DCM分别将相同的三个时钟再次进行倍频处理，简化选取分倍频系数算法的难度；

4)分频参数算法计算

以步骤2)的DCM方案为基础，在确定三只环圈组件本征频率及外部输入晶振后，进行枚举计算求出符合要求的分频参数，通过对第一级DCM参数M，N以及第二级DCM参数P1，P2，P3，Q1，Q2，Q3进行大量的枚举运算，分别得到三个不同的调制频率T1，T2，T3；且只有当T1，T2，T3与本征频率F1，F2，F3误差同时满足设计要求时，该参数有效。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明的三轴光纤陀螺精密分频方法，在不改变陀螺调制解调硬件电路的基础上，实现对不同长度环圈组件精密分频的目的，从而提高陀螺性能。

附图说明

图1为现有技术的三轴光纤陀螺精密分频方案图；

图2为本发明的三轴光纤陀螺精密分频方案图；

图3为本发明的另一三轴光纤陀螺精密分频方案图；

图4为本发明的分频参数算法流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种三轴光纤陀螺精密分频方法，其特征在于：所述分频方法的步骤为：

1)外部时钟基准及两级DCM设计

由于在FPGA内部DCM资源使用规则中规定当利用1个DCM资源输出3个时钟时，这三个时钟要有最小公倍数，且公倍数小于32，因此在设计上存在较大限制。

因此，可以通过两级DCM资源实现更精密的分频方案，如图2所示。

通过DCM信号的级联，可以对外部输入时钟信号进行两级放大，则倍频系数由原有的0-32扩展到0-1024，分频系数也有原有的0-32扩展到0-1024，这样在适配不同本征频率的环圈组件上就带来了更大的宽容度。

2)两级DCM方案时序处理

如图2所示，由于使用了DCM级联的方案，因此需要将第一级DCM的LOCKED信号作为第二级DCM的使能信号，这样能保证时序两级DCM的工作顺序。即当第一级DCM时钟完成锁存后，LOCKED信号将置高电平，将该信号作为第二级DCM的复位信号，驱动第二级DCM开始工作。

3)精密分频改进

在图2的方案中，第一级DCM输出的3个时钟信号(1-1，1-2，1-3)为3个相同的时钟，在通过第二级DCM分别将相同的三个时钟再次进行倍频处理，这样可以在算法上最大程度的简化选取分倍频系数算法的难度。

在极个别情况下，如果将调制频率的误差与本征频率的误差限定在5Hz之内，是无法计算出符合要求的分频参数的。因此需要对图2的方案进行改进，如图3所示。

在图3所示的方案中，第一级DCM输出的3个时钟信号的分频系数N1，N2，N3不相同，这样在进行第二级DCM倍频处理的时候，频率输出的范围也就更大，但算法就会更复杂。

4)分频参数算法计算

以图2所示的分频方案为例，在确定了三只环圈组件本征频率及外部输入晶振后，进行枚举计算出符合要求的分频参数，算法流程图如图4所示。

通过对第一级DCM参数M，N以及第二级DCM参数P1，P2，P3，Q1，Q2，Q3进行大量的枚举运算，分别得到三个不同的调制频率T1，T2，T3。只有当T1，T2，T3与本征频率F1，F2，F3误差同时满足设计要求时，该参数有效。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (1)

1.一种三轴光纤陀螺精密分频方法，其特征在于：所述分频方法的步骤为：

1)外部时钟基准及两级DCM设计

通过两级DCM资源实现更精密的分频，DCM信号的级联，可以对外部输入时钟信号进行两级放大，则倍频系数由原有的0～32扩展到0～1024，分频系数也有原有的0～32扩展到0～1024，在适配不同本征频率的环圈组件上带来更大的宽容度；

2)两级DCM方案时序处理

将第一级DCM的LOCKED信号作为第二级DCM的使能信号，即当第一级DCM时钟完成锁存后，LOCKED信号将置高电平，将该信号作为第二级DCM的复位信号，驱动第二级DCM开始工作，保证时序两级DCM的工作顺序；

3)精密分频改进

在步骤2)的基础上，第一级DCM输出的3个时钟信号(1-1，1-2，1-3)为3个相同的时钟，在通过第二级DCM分别将相同的三个时钟再次进行倍频处理，简化选取分倍频系数算法的难度；

4)分频参数算法计算

以步骤2)的DCM方案为基础，在确定三只环圈组件本征频率及外部输入晶振后，进行枚举计算求出符合要求的分频参数，通过对第一级DCM参数M，N以及第二级DCM参数P1，P2，P3，Q1，Q2，Q3进行大量的枚举运算，分别得到三个不同的调制频率T1，T2，T3；且只有当T1，T2，T3与本征频率F1，F2，F3误差同时满足设计要求时，该参数有效。

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