CN112033435A - 一种闭环光纤陀螺带宽测试方法 - Google Patents

一种闭环光纤陀螺带宽测试方法 Download PDF

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姚廷伟
朱福祥
李晓霞
可伟
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Abstract

本发明公开了一种闭环光纤陀螺带宽测试方法，包括以下步骤：第一步：通过计算机控制光纤陀螺FPGA，主动触发阶跃响应得到陀螺数据；第二步：通过光纤陀螺FPGA对触发后的陀螺数据进行缓存后，通过串口模块将阶跃响应得到陀螺数据发送给计算机；第三步：计算机对陀螺数据进行理论分析，得出陀螺的带宽。

Description

一种闭环光纤陀螺带宽测试方法
技术领域
本发明涉及光纤陀螺技术领域，具体涉及一种闭环光纤陀螺带宽测试方法。
背景技术
光纤陀螺是一种基于Sagnac效应(萨格奈克效应，其为法国科学家萨格奈克于1913年提出)的新型光学陀螺仪，用于敏感载体相对于惯性空间的旋转角速率。作为一种理想的捷联器件，光纤陀螺在捷联惯性系统中得到了大量而广泛的应用。光纤陀螺的频率特性是指光纤陀螺对不同频率角运动输入的响应特性，包括幅频特性和相频特性，陀螺的带宽一般指光纤陀螺对输入频率幅值衰减到3dB幅频特性。光纤陀螺带宽指标作为光纤陀螺动态性能的一个重要表征，反映了光纤陀螺对外界动态角运动的敏感能力。光纤陀螺的带宽指标直接影响了光纤陀螺的动态跟踪性能，从而影响了光纤陀螺在动态环境下的可靠性和适应性。在高动态恶劣运动环境的应用场合，对光纤陀螺的带宽指标提出了很高的要求。因此，设计和评测光纤陀螺的带宽指标成为光纤陀螺研制和生产过程中必不可少的内容。
传统测试方法主要借助角振动台或突停台等设备测试光纤陀螺的带宽。通常角振动台的最高振动频率大都在数百HZ，而光纤陀螺的带宽可达数千HZ甚至更高，而突停台也不能产生理想阶跃输入，并且存在时间基准误差，不能满足光纤陀螺的带宽精确测量。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种闭环光纤陀螺带宽测试方法，能够通过计算机控制光纤陀螺FPGA，主动触发阶跃响应得到陀螺数据；通过光纤陀螺FPGA对触发后的陀螺数据进行缓存后，通过串口模块将阶跃响应得到陀螺数据发送给计算机；计算机对陀螺数据进行理论分析，得出陀螺的带宽。
本发明的技术方案为：一种闭环光纤陀螺带宽测试方法，包括以下步骤：
第一步：通过计算机控制光纤陀螺FPGA，主动触发阶跃响应得到陀螺数据；
第二步：通过光纤陀螺FPGA对触发后的陀螺数据进行缓存后，通过串口模块将阶跃响应得到陀螺数据发送给计算机；
第三步：计算机对陀螺数据进行理论分析，得出陀螺的带宽。
优选地，第一步包括以下步骤：
步骤一：计算机通过串口模块向光纤陀螺FPGA发送触发控制命令；
步骤二：光纤陀螺FPGA接收到计算机的触发控制命令后，通过串口命令解析模块进行串口命令解析，解析后，触发阶跃输入模块，在光纤陀螺闭环反馈模块上施加阶跃输入，用于模拟光纤陀螺受到外界阶跃的响应；同时，触发FIFO写控制模块，光纤陀螺FPGA将光纤陀螺闭环反馈模块中解调与反馈模块解调与反馈出的陀螺数据通过其内部设置的FIFO写控制模块缓冲到自带的先进先出队列FIFO模块中，作为光纤陀螺的响应数据，直到先进先出队列FIFO模块写满后停止。
优选地，第二步包括以下步骤：
步骤三：先进先出队列FIFO模块数据写满后，触发数据打包模块进行陀螺数据打包；
步骤四：光纤陀螺FPGA通过串口模块将陀螺数据打包模块中的陀螺数据逐个发送给计算机，计算机接收到陀螺数据后进行存储；
优选地，第三步包括以下步骤：
步骤五：计算机将其接收并存储的陀螺数据绘制为光纤陀螺阶跃响应输出图，并根据以下公式计算光纤陀螺的带宽：
Figure BDA0002612650070000021
Figure BDA0002612650070000022
其中，Bw为光纤陀螺的带宽，d为中间变量，π为3.1415926，A0为光纤陀螺阶跃响应前到阶跃响应稳定后的光纤陀螺数据差值，A1为光纤陀螺阶跃响应最小值到阶跃响应稳定后的光纤陀螺数据差值，T为光纤陀螺阶跃响应开始时刻到阶跃响应第一个峰值时刻之间的时间差。
优选地，步骤二中的所述光纤陀螺闭环反馈模块包括：光源，光纤环以及依次串联为闭合回路的耦合器、探测器、模数转换模块、解调与反馈模块、阶梯波生成器、数模转换模块和集成光学调制器；其中，光源与耦合器相连，光纤环与集成光学调制器相连。
有益效果：
光纤陀螺对外输出通常是通过串口对外发送，本发明利用陀螺自身的对外串口模块，在不加其他硬件设备的基础上，通过软件方法得出陀螺带宽，省去了角振动台或突停台等设备，降低了测试硬件成本；通过计算机对光纤陀螺触发控制，只需将触发前后较小时间段内的数据缓存后分时发出，降低了对数据采集的硬件要求。
附图说明
图1为本发明计算机于FPGA内部模块通讯的原理示意图。
图2为本发明光纤陀螺阶跃响应输出图。
其中，1-光源，2-光纤环，3-耦合器，4-探测器，5-模数转换模块，6-解调与反馈模块，7-阶梯波生成器，8-数模转换模块，9-集成光学调制器，10-FIFO写控制模块，11-阶跃输入模块，12-先进先出队列FIFO模块，13-串口命令解析模块，14-陀螺数据打包模块，15-串口模块。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种闭环光纤陀螺带宽测试方法，能够通过计算机控制光纤陀螺FPGA，主动触发阶跃响应得到陀螺数据；通过光纤陀螺FPGA对触发后的陀螺数据进行缓存后，通过串口模块将阶跃响应得到陀螺数据发送给计算机；计算机对陀螺数据进行理论分析，得出陀螺的带宽。
如图1所示，该带宽测试方法包括以下步骤：
步骤一：计算机通过串口向FPGA的模块15发送触发控制命令；
步骤二：光纤陀螺FPGA接收到计算机的触发控制命令后，通过串口命令解析模块13进行串口命令解析，一方面，触发阶跃输入模块11，在光纤陀螺闭环反馈模块上施加阶跃输入(固定大小数据)，用于模拟光纤陀螺受到外界阶跃的响应；另一方面，触发FIFO写控制模块10，光纤陀螺FPGA将光纤陀螺闭环反馈模块中解调与反馈模块6的陀螺数据(角速度)通过其内部设置的FIFO写控制模块10缓冲到自带的先进先出队列FIFO模块12(光纤陀螺FPGA中的一个模块)中，即在每个光纤陀螺闭环反馈模块的反馈周期内，光纤陀螺FPGA将解调与反馈的陀螺数据不断写入FIFO写控制模块10，作为光纤陀螺的响应数据，直到先进先出队列FIFO模块12写满后停止；
步骤三：先进先出队列FIFO模块12数据写满后，触发陀螺数据打包模块14进行陀螺数据打包；
步骤四：光纤陀螺FPGA通过串口模块15将陀螺数据打包模块14中的陀螺数据逐个发送给计算机，计算机接收到陀螺数据后进行存储；
步骤五：计算机将其接收并存储的陀螺数据绘制为光纤陀螺阶跃响应输出图(如图2所示)，其中，横坐标t为光纤陀螺数据的采集时间，纵坐标Y为输出的光纤陀螺数据，A0为光纤陀螺阶跃响应前到阶跃响应稳定后的光纤陀螺数据差值，A1为光纤陀螺阶跃响应最小值到阶跃响应稳定后的光纤陀螺数据差值，T为光纤陀螺阶跃响应开始时刻到阶跃响应第一个峰值时刻之间的时间差；
参照国军标GJB2426A-2004中关于光纤陀螺仪的测试方法计算光纤陀螺的带宽，计算公式如下：
Figure BDA0002612650070000041
Figure BDA0002612650070000042
其中，Bw为光纤陀螺的带宽，d为中间变量，π为3.1415926。
进一步地，步骤二中的光纤陀螺闭环反馈模块包括：光源1，光纤环2以及依次串联为闭合回路的耦合器3、探测器4、模数转换模块5、解调与反馈模块6、阶梯波生成器7、数模转换模块8和集成光学调制器9；其中，光源1与耦合器相连，光纤环2与集成光学调制器相连。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种闭环光纤陀螺带宽测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：通过计算机控制光纤陀螺FPGA，主动触发阶跃响应得到陀螺数据；
第二步：通过光纤陀螺FPGA对触发后的陀螺数据进行缓存后，通过串口模块(15)将阶跃响应得到陀螺数据发送给计算机；
第三步：计算机对陀螺数据进行理论分析，得出陀螺的带宽。
2.如权利要求1所述的闭环光纤陀螺带宽测试方法，其特征在于，第一步包括以下步骤：
步骤一：计算机通过串口模块(15)向光纤陀螺FPGA发送触发控制命令；
步骤二：光纤陀螺FPGA接收到计算机的触发控制命令后，通过串口命令解析模块(13)进行串口命令解析，解析后，触发阶跃输入模块(11)，在光纤陀螺闭环反馈模块上施加阶跃输入，用于模拟光纤陀螺受到外界阶跃的响应；同时，触发FIFO写控制模块(10)，光纤陀螺FPGA将光纤陀螺闭环反馈模块中解调与反馈模块(10)解调与反馈出的陀螺数据通过其内部设置的FIFO写控制模块(10)缓冲到自带的先进先出队列FIFO模块(12)中，作为光纤陀螺的响应数据，直到先进先出队列FIFO模块(12)写满后停止。
3.如权利要求2所述的闭环光纤陀螺带宽测试方法，其特征在于，第二步包括以下步骤：
步骤三：先进先出队列FIFO模块(12)数据写满后，触发数据打包模块(14)进行陀螺数据打包；
步骤四：光纤陀螺FPGA通过串口模块(15)将陀螺数据打包模块(14)中的陀螺数据逐个发送给计算机，计算机接收到陀螺数据后进行存储。
4.如权利要求3所述的闭环光纤陀螺带宽测试方法，其特征在于，第三步包括以下步骤：
步骤五：计算机将其接收并存储的陀螺数据绘制为光纤陀螺阶跃响应输出图，并根据以下公式计算光纤陀螺的带宽：
Figure FDA0002612650060000011
Figure FDA0002612650060000021
其中，Bw为光纤陀螺的带宽，d为中间变量，π为3.1415926，A0为光纤陀螺阶跃响应前到阶跃响应稳定后的光纤陀螺数据差值，A1为光纤陀螺阶跃响应最小值到阶跃响应稳定后的光纤陀螺数据差值，T为光纤陀螺阶跃响应开始时刻到阶跃响应第一个峰值时刻之间的时间差。
5.如权利要求2所述的闭环光纤陀螺带宽测试方法，其特征在于，步骤二中的所述光纤陀螺闭环反馈模块包括：光源(1)，光纤环(2)以及依次串联为闭合回路的耦合器(3)、探测器(4)、模数转换模块(5)、解调与反馈模块(10)、阶梯波生成器(7)、数模转换模块(8)和集成光学调制器(9)；其中，光源(1)与耦合器相连，光纤环(2)与集成光学调制器相连。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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