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光纤陀螺仪全数字闭环调制解调的关键技术及优化

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光纤陀螺仪全数字闭环调制解调的关键技术及优化

March 24, 2026

全数字闭环调制解调方案是目前高精度干涉式光纤陀螺仪(IFOG)的主流技术。它通过数字电路在闭环条件下对光信号进行调制和解调,从而提取出具有高线性度的旋转角速度。

 

下图所示为典型的全数字闭环信号处理系统图,其关键技术和优化包括系统带宽改进、调制失真抑制和硬件平台实现。

fiber optic gyroscope

提高系统带宽

通过采用三频调制/解调方案,采样周期缩短至基频方案的三分之一,显著提高了系统带宽,更好地补偿了高频噪声信号,提高了动态性能,且不影响静态精度。

抑制调制失真

该方法采用双极性零脉冲方波解调技术,能够有效消除或抑制调制失真的影响。与传统解调方法相比,该技术可将角速度测量的相对误差降低一个数量级(从1%降低到0.1%),这对提高闭环陀螺仪的测量精度和稳定性具有重要意义。

硬件平台的实现

全数字闭环方案通常依赖于高性能数字信号处理平台。由于FPGA具有强大的并行处理能力、高集成度和良好的灵活性,已逐渐成为主流选择。FPGA可以执行所有数字解调、时序逻辑控制、数字滤波,甚至一些预处理功能。

 

全数字闭环调制解调方案通过相位调制偏置、数字相关解调和阶跃波相位反馈的协同作用,实现了光纤陀螺仪信号的线性提取。该方案不仅是实现光纤陀螺仪高精度和大动态范围的关键,而且其在高动态环境下的适应性和集成度也在不断提高。

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