CN110987014B - 光纤陀螺信号处理电路信号干扰检测方法、存储介质及计算机设备 - Google Patents

光纤陀螺信号处理电路信号干扰检测方法、存储介质及计算机设备 Download PDF

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Abstract

本发明属于高精度光纤陀螺信号处理电路的检测方法，为解决现有技术中检测到光纤陀螺工作中存在死区时，无法准确评价信号处理电路信号之间是否存在干扰的技术问题，提供光纤陀螺信号处理电路信号干扰检测方法、存储介质及计算机设备，在不添加任何额外仪器或电路的条件下，即可有效地对信号处理电路中信号间的干扰进行检测，将核心控制单元中FPGA发出的方波和阶梯波形成的叠加信号，输入至信号调制与反馈单元，经处理后再进行傅立叶变换，将对应的时域信号转换为频谱作为标准信号；再分别将地信号和电源信号输入至信号解调单元，处理后输出再经傅立叶变换转换为频谱，分别与标准信号进行对比判断信号间是否存在干扰。

Description

光纤陀螺信号处理电路信号干扰检测方法、存储介质及计算 机设备
技术领域
本发明属于高精度光纤陀螺信号处理电路的检测方法，具体涉及一种光纤陀螺信号处理电路信号干扰检测方法、存储介质及计算机设备。
背景技术
光纤陀螺(Fiber Optic Gyroscope，FOG)是一种基于Sagnac效应的光纤角速度传感器，目前数字闭环干涉型光纤陀螺仪为比较成熟干涉型光纤陀螺仪，数字闭环干涉型光纤陀螺仪由光源、光路和信号处理电路组成。光源主要作用是为光纤陀螺仪提供产生Sagnac效应所需的合适光信号，以及较高的稳定输出光功率，可以获得较高信噪比的干涉信号；光路部分包含耦合器、Y波导和光纤环，主要作用是通过闭合光路中的Sagnac效应得到干涉信号的相位差；信号处理电路主要作用为微弱信号的调理、闭环算法及Y波导相应调制的实现、角速率解算与输出。
如图1，光纤陀螺的信号处理电路主要由信号解调单元01、核心控制单元02、信号调制与反馈单元03、串行通信接口04和电源电路05组成。当外界在陀螺仪敏感方向输入角速率时，陀螺输出光信号上会叠加与角速率相关的误差信息，光信号通过PIN-FET输出转化为电压信号，通过信号解调单元01对该电压信号进行调理，包括隔直、切尖峰、放大、偏置电压调整和单端转差分后，通过信号解调单元01中的模数转换器转化为数字信号后发送至核心控制单元02中的FPGA。一方面，FPGA通过采集数字信号，并由此计算得到输入角速率误差信号的数字量，通过对角速率信息进行数字调制后，将反馈控制量输出至信号调制与反馈单元03中的数模转换器，并经过信号调制与反馈单元03中的放大滤波电路后，输出至陀螺的Y波导上，将由于输入角速率而产生的相位误差信号调节至原工作点后形成闭环反馈。另一方面，FPGA对输入误差信号进行数字解调得到陀螺敏感角速率输出数据，通过串口通信电路按照协议规定输出陀螺数据。
光纤陀螺由于具有抗冲击、灵敏度高、寿命长、动态范围大和启动时间短等优点，已被广泛应用于惯性导航领域。随着光纤陀螺向高精度和轻小型方向发展，光纤陀螺低速灵敏度指标变差，使其工作存在一定范围的死区。当光纤陀螺用于惯性导航产品上，死区的存在可能导致导航精度和对准精度的误差变大。
在现有的研究中，多是通过速率转台低速旋转测试法或平板八位置放置测试法测得光纤陀螺是否存在死区，在造成死区产生的众多因素中，光纤陀螺信号处理电路信号之间的干扰是最重要的因素，若经测试发现死区存在，但不能准确快速分离引起死区的因素，就更无法评价是否是由于光纤陀螺信号处理电路信号之间的干扰造成死区产生。
发明内容
本发明的主要目的是解决现有技术中检测到光纤陀螺工作中存在死区时，无法准确评价信号处理电路信号之间的干扰，进而无法排除信号之间干扰是否为造成光纤陀螺死区的因素的技术问题，提供一种光纤陀螺信号处理电路信号干扰检测方法、存储介质及计算机设备。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种光纤陀螺信号处理电路信号干扰检测方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
S1，得到标准信号
S1.1，核心控制单元中的FPGA根据光纤陀螺的数字闭环原理产生方波和阶梯波的叠加信号；使方波与阶梯波的叠加信号输入至信号调制与反馈单元；
S1.2，叠加信号经信号调制与反馈单元处理后，进行傅立叶变换，得到叠加信号对应的频谱；
S2，地信号对比
S2.1，将信号处理电路的地信号输入至信号解调单元，核心控制单元通过FPGA控制信号解调单元中模数转换器采集地信号，得到离散的数字信号；
S2.2，对地信号对应的离散的数字信号进行傅立叶变换，得到地信号对应的频谱；
S2.3，对比叠加信号对应的频谱和地信号对应的频谱，在地信号对应的频谱中找到与叠加信号对应的频谱中相应的各频率点；逐一将各频率点对应的幅值与地信号对应的频谱中大于0HZ的频率点下的幅值进行对比，若存在量级差异，则地信号在信号调制与反馈单元到信号解调单元之间在该频率点下存在干扰；
S3，电源信号对比
S3.1，将电源电路的电源信号输入至信号解调单元，核心控制单元通过FPGA控制信号解调单元中模数转换器采集电源信号的频率，得到离散的数字信号；
S3.2，对电源信号对应的离散的数字信号进行傅立叶变换，得到电源信号对应的频谱；
S3.3，对比叠加信号对应的频谱和电源信号对应的频谱，在电源信号对应的频谱中找到与叠加信号对应的频谱中相应的各频率点；逐一将各频率点对应的幅值与电源信号对应的频谱中大于0HZ的频率点下的幅值进行对比，若存在量级差异，则电源信号在信号调制与反馈单元到信号解调单元之间在该频率点下存在干扰。
进一步地，S1.1中，所述核心控制单元中的FPGA根据光纤陀螺的数字闭环原理产生方波和阶梯波的叠加信号，其中方波的产生频率至少覆盖光纤陀螺本征频率的五次谐波。
进一步地，S1.1中，所述核心控制单元中的FPGA根据光纤陀螺的数字闭环原理产生方波和阶梯波的叠加信号，其中阶梯波的产生频率至少覆盖光纤陀螺本征频率的5次谐波。
进一步地，S2.1中，所述核心控制单元通过FPGA控制信号解调单元中模数转换器采集地信号，模数转换器采集地信号的频率为光纤陀螺闭环工作状态频率，且小于等于模数转换器最大采样频率的80％。
进一步地，S3.1中，所述核心控制单元通过FPGA控制信号解调单元中模数转换器采集电源信号，模数转换器采集地信号的频率为光纤陀螺闭环工作状态频率，且小于等于模数转换器最大采样频率的80％。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特殊之处在于，该程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特殊之处在于，所述处理器执行所述程序时实现如上所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的光纤陀螺信号处理电路信号干扰检测方法，基于信号处理电路的原有结构，在不添加任何额外仪器或电路的条件下，即可有效地对信号处理电路中信号间的干扰进行检测，通过核心控制单元中FPGA产生频率可控的波形，输入至信号调制与反馈单元，经处理后再进行傅立叶变换，将对应的时域信号转换为频谱作为标准信号；再分别将地信号和电源信号输入至信号解调单元，处理后输出再经傅立叶变换转换为频谱，使信号的频率特征更加清晰，分别与标准信号进行对比判断信号调制与反馈单元到信号解调单元之间是否存在干扰，检测方法简单且易于实现，方波与阶梯波的叠加也更符合信号处理电路的实际工作情况。
2.本发明中核心控制单元控制模数转换器的采集频率小于等于模数转换器最大采样频率的80％，能够保证模数转换器工作在最佳状态。
3.本发明的计算机可读存储介质上存储有上述检测方法，将检测方法转换为一种程序，用于对信号干扰进行检测。
4.本发明的计算机设备，其处理器能够执行上述信号干扰的检测方法，可以直接将该计算机设备用于检测。
附图说明
图1为背景技术中光纤陀螺信号处理电路的结构示意图；
图1中，01-信号解调单元、02-核心控制单元、03-信号调制与反馈单元、04-串行通信接口、05-电源电路。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。
实际应用中，光纤陀螺在较小的输入角速率情况下，会出现比较明显的非线性误差，特别是在零输入的附近，陀螺的输出始终为零，即对输入不敏感，也就是存在死区现象。当信号调制与反馈单元输出的调制信号串扰至信号调理电路中，导致陀螺不能正常复位，表现出陀螺存在死区。
光纤陀螺信号处理电路信号干扰检测方法，用于评价信号间干扰情况，在原有信号处理电路的基础上无需外部连接其他器件，在本发明的一个实施例中具体步骤如下：
S1，得到标准信号
S1.1，核心控制单元中的FPGA根据光纤陀螺的工作状态产生方波，方波的产生频率至少覆盖光纤陀螺本征频率的五次谐波，根据光纤陀螺的角速率误差产生阶梯波，阶梯波的产生频率至少覆盖光纤陀螺本征频率的5次谐波，形成方波与阶梯波的叠加信号；使方波与阶梯波的叠加信号输入至信号调制与反馈单元；
采用方波与阶梯波叠加的信号，由于光纤陀螺正常工作时信号调制与反馈单元输出的即是方波与阶梯波的叠加信号，能够更加准确的反映信号处理电路在工作情况下的干扰情况。其中方波是信号处理电路根据光纤陀螺工作状态产生的偏置调制信号，使光纤陀螺始终工作在最佳偏置工作点。而阶梯波，是信号处理电路调整误差闭环控制过程中产生的，信号处理电路反馈误差信号，使光纤陀螺的误差与预期工作曲线维持线性关系。
S1.2，叠加信号经信号调制与反馈单元处理后，进行傅立叶变换，完成时域到频域的转换，得到叠加信号对应的频谱；
S2，地信号对比
S2.1，将信号处理电路的地信号输入至信号解调单元，核心控制单元通过FPGA控制信号解调单元中模数转换器采集地信号，采集频率为光纤陀螺闭环工作状态频率，且小于等于模数转换器最大采样频率的80％，FPGA可控制模数转换器的采集频率，得到离散的数字信号；
S2.2，对地信号对应的离散的数字信号进行傅立叶变换，得到地信号对应的频谱；
S2.3，对比叠加信号对应的频谱和地信号对应的频谱，在地信号对应的频谱中找到与叠加信号对应的频谱中相应的各频率点；逐一将各频率点对应的幅值与地信号对应的频谱中大于0HZ的频率点下的幅值进行对比，若存在量级差异，则地信号在信号调制与反馈单元到信号解调单元之间在该频率点下存在干扰；
S3，电源信号对比
S3.1，将电源电路的电源信号输入至信号解调单元，核心控制单元通过FPGA控制信号解调单元中模数转换器采集电源信号的频率，模数转换器采集地信号的频率为光纤陀螺闭环工作状态频率，且小于等于模数转换器最大采样频率的80％，得到离散的数字信号；
S3.2，对电源信号对应的离散的数字信号进行傅立叶变换，得到电源信号对应的频谱；
S3.3，对比叠加信号对应的频谱和电源信号对应的频谱，在电源信号对应的频谱中找到与叠加信号对应的频谱中相应的各频率点；逐一将各频率点对应的幅值与电源信号对应的频谱中大于0HZ的频率点下的幅值进行对比，若存在量级差异，则电源信号在信号调制与反馈单元到信号解调单元之间在该频率点下存在干扰。
上述的S2.3与S3.3类似，都是先在地信号频谱或电源信号频谱中找到需要对比的一系列频率点，这些频率点即叠加信号频谱中覆盖的频率点，然后将各频率点对应的幅值逐一与地信号频谱或电源信号频谱中除0Hz以外的频率点下的幅值对比，若存在信号串扰，则该频率点下的幅值与其他频率点的幅值相比，将存在明显的量级差异。
上述检测方法，是为了检测信号调制与反馈单元到信号解调单元是否有信号干扰，如果在信号解调单元的信号中检测到信号调制与反馈单元的信号成分，就可以认为干扰存在，对信号进行傅立叶变换，能够使信号的频率特征更清晰，判断更容易。另外，还可以判断该信号干扰是由地信号引起、电源信号引起或二者均引起干扰。实际检测时，也可根据需求仅检测地信号或仅检测电源信号。
另外，本发明同时检测了地信号和电源信号的干扰情况，实际应用时可根据需求仅检测地信号或电源信号，或如本发明的实施例所述，同时检测地信号和电源信号。
以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.光纤陀螺信号处理电路信号干扰检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，得到标准信号
S1.1，核心控制单元中的FPGA根据光纤陀螺的数字闭环原理产生方波和阶梯波的叠加信号；使方波与阶梯波的叠加信号输入至信号调制与反馈单元；其中方波的产生频率至少覆盖光纤陀螺本征频率的五次谐波，阶梯波的产生频率至少覆盖光纤陀螺本征频率的五次谐波；
S1.2，叠加信号经信号调制与反馈单元处理后，进行傅立叶变换，得到叠加信号对应的频谱；
S2，地信号对比
S2.1，将信号处理电路的地信号输入至信号解调单元，核心控制单元通过FPGA控制信号解调单元中模数转换器采集地信号，得到离散的数字信号；模数转换器采集地信号的频率为光纤陀螺闭环工作状态频率，且小于等于模数转换器最大采样频率的80％；
S2.2，对地信号对应的离散的数字信号进行傅立叶变换，得到地信号对应的频谱；
S2.3，对比叠加信号对应的频谱和地信号对应的频谱，在地信号对应的频谱中找到与叠加信号对应的频谱中相应的各频率点；逐一将各频率点对应的幅值与地信号对应的频谱中大于0HZ的频率点下的幅值进行对比，若存在量级差异，则地信号在信号调制与反馈单元到信号解调单元之间在该频率点下存在干扰；
S3，电源信号对比
S3.1，将电源电路的电源信号输入至信号解调单元，核心控制单元通过FPGA控制信号解调单元中模数转换器采集电源信号的频率，得到离散的数字信号；模数转换器采集电源信号的频率为光纤陀螺闭环工作状态频率，且小于等于模数转换器最大采样频率的80％；
S3.2，对电源信号对应的离散的数字信号进行傅立叶变换，得到电源信号对应的频谱；
S3.3，对比叠加信号对应的频谱和电源信号对应的频谱，在电源信号对应的频谱中找到与叠加信号对应的频谱中相应的各频率点；逐一将各频率点对应的幅值与电源信号对应的频谱中大于0HZ的频率点下的幅值进行对比，若存在量级差异，则电源信号在信号调制与反馈单元到信号解调单元之间在该频率点下存在干扰。
2.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该程序被处理器执行时实现权利要求1所述方法的步骤。
3.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述程序时实现权利要求1所述方法的步骤。
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