[发明专利]一种数字闭环光纤陀螺全回路检测与仿真测试系统

说明书

技术领域

本发明属于惯性姿态敏感器系统技术领域，涉及一种数字闭环光纤陀螺全回路检测与仿真测试系统。

背景技术

近年来，由于微、小卫星市场的繁荣，低成本、小型化的惯性姿态敏感器的研究得到了迅猛发展。卫星用产品为了进行地面物理仿真，所有单机均必须有地检功能，所以需要增加实现地检功能的辅助电路，增大了产品的功耗、尺寸和重量。

带宽测试作为一种重要的频率特性，是陀螺性能测试的一项重要内容。传统的方法是采用突停台和角振动台等机械设备得到频率响应曲线，然后根据闭环光纤陀螺的模型计算出光纤陀螺的带宽。受到突停台和角振动台等机械设备自身条件的限制，无法对光纤陀螺的带宽做极限性的测试。

陀螺的地检功能（光纤陀螺动力学仿真）是整星在地面测试过程中不可缺少的一项功能。传统的方法是通过辅助硬件电路给陀螺的闭环系统施加电信号的激励，从而使陀螺输出有一定规律的角速度信号，该信号用来模拟卫星的运动，从而完成地面整星轨控算法的动力学仿真验证。由于所增加的辅助硬件电路，在卫星上天后就不再使用，可以说这部分硬件电路只在地面测试时才使用，这对于对重量要求极为苛刻的卫星来说不能不说是一种资源的浪费。

综上所述，如果上述频率特性的测量和地检功能可以使用软件实现，则可以对光纤陀螺的带宽做极限测试，可以降低产品的成本、减小产品的重量、以及降低产品的试验费用。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种数字闭环光纤陀螺全回路检测与仿真测试系统，利用软件技术降低光纤陀螺研发、生产、试验成本，可节省掉地检辅助电路，同时避免使用传统的突停台和角振动台等机械设备，不但可以降低产品成本，缩小产品的外形尺寸，而且也简化了试验方案，加速了产品的研发生产进度。

本发明的技术方案是：一种数字闭环光纤陀螺全回路检测与仿真测试系统，包括光学系统模块，前放模块，数字处理模块，反馈模块，通讯模块和地检及仿真试验系统；

地检及仿真试验系统通过通讯模块向数字处理模块发出测试指令；

数字处理模块包括数据解调单元、数字滤波单元、调制信号产生单元、信号叠加单元和指令解析单元；其中指令解析单元接收地检及仿真试验系统通过通讯模块发送的测试指令，并对该指令进行解析，得到该指令中的光纤陀螺角速率信号；然后指令解析单元将该光纤陀螺角速率信号发送给信号叠加单元，信号叠加单元将接收到的光纤陀螺角速率信号与数据解调单元输出的光纤陀螺角速率信号以及调制信号产生单元产生的数字方波进行叠加形成包含光纤陀螺角速率信号的调制信号，并将该调制信号输出给反馈模块，其中调制信号产生单元产生的数字方波由相位调制器的电气参数决定；

反馈模块包括驱动电路和D/A转换器，D/A转换器接收数字处理模块通过信号叠加单元输出的调制信号，并将其转换为模拟信号后通过驱动电路输出给光学系统模块；

光学系统模块包括光源、耦合器、相位调制器、光纤环和光电转换器，光源发出的光信号经耦合器传输到相位调制器，相位调制器将接收到的光信号分为两束光，相位调制器根据反馈模块发送过来的调制信号对这两束光进行调制，调制后的这两束光进入光纤环并分别绕光纤环的顺时针、逆时针方向传输，当这两束光从光纤环再传输到相位调制器后，再次被相位调制器调制，经上述两次调制作用后，两束光在相位调制器分光/合光处产生干涉，该干涉后的光信号通过耦合器输出给光电转换器，由光电转换器将该干涉后的光信号转换为电信号并输出给前放模块，该电信号包含光纤陀螺角速率信号和调制信号，该光纤陀螺角速率信号包含光纤陀螺本体的输入角速率信号和地检及仿真试验系统发出的测试指令中的光纤陀螺角速率信号；

前放模块包括前置放大器和A/D转换器，前置放大器对光学系统模块输出的电信号进行放大后输出给A/D转换器，A/D转换器将放大后的电信号转换为数字信号后输出给数字处理模块的数据解调单元，数字处理模块的数据解调单元对接收到的数字信号进行解调，得到光纤陀螺角速率信号，该光纤陀螺角速率信号一方面输出给数字处理模块的信号叠加单元进行下一轮闭环控制，另一方面输出给数字滤波单元进行滤波，滤波后得到的光纤陀螺角速率信号通过通讯模块发送给地检及仿真试验系统，地检及仿真试验系统根据接收到的光纤陀螺角速率信号完成光纤陀螺闭环回路检测、带宽测试以及光纤陀螺动力学仿真测试。

地检及仿真试验系统通过通讯模块发送给数字处理模块的测试指令由两个字节组成，第一个字节为指令信息，第二个字节为光纤陀螺角速率信息。