一种高速光纤陀螺频率特性的测试方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高速光纤陀螺频率特性的测试方法与系统。根据伪随机序列的生成逻辑生成伪随机序列测试数字信号；处理转换为伪随机序列测试模拟信号输入到角振动台的驱动电机中作为旋转的输入信号，角振动台带动待测高速光纤陀螺运动，得到待测高速光纤陀螺输出信号序列，采集测速电机的角速度模拟信号得到测速电机数字信号序列，将待测高速光纤陀螺输出信号序列和测速电机数字信号序列计算获得待测高速光纤陀螺的频率响应函数，包括幅频特性和相频特性，完成测量。本发明专利技术可对高速光纤陀螺的频率特性进行快速和准确测量，具有频率分辨率高、测量频率范围大、可同时测量高速光纤陀螺的幅频特性和相频特性，对噪声抑制效果好、测量速度快等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种高速光纤陀螺频率特性的测试方法与系统
本专利技术涉及一种频率特性测试方法与系统，尤其是涉及一种高速光纤陀螺频率特性的测试方法与系统。
技术介绍
近年来，各国军事领域研究热点包括全球范围快速打击系统，导弹防御体系等，应用系统对光纤陀螺动态性能中频率特性提出了很高要求。“全球范围快速打击系统”依托各种快速运载工具，从本土或全球分布的军事基地发射常规武器，在一小时内对全球任何地方实施精确打击。“全球范围快速打击系统”的特点就是“快”，主要指飞行器及响应速度快。飞行器高速机动时，角速度测量实时性直接影响其导航精度，要求光纤陀螺具有高的频带宽度。“导弹防御体系”用于保护本土及军事基地的安全，典型的导弹防御系统如俄罗斯的S-400远程反导导弹、美国的“标准-3”中程反导导弹等，它们的特点是机动性强，响应速度快，反导导弹需在几秒内完成定位定向及姿态调整，这要求光纤陀螺的响应速度快、输出频带宽。综上，频率特性影响了光纤陀螺，特别是高速光纤陀螺对角速度测量的准确性，对应用系统的性能发挥起着关键作用，对高速光纤陀螺的这一指标测试十分重要。伪随机序列是最长线性反馈移存器序列的简称，它是由带线性反馈的移存器产生的周期最长的一种序列。伪随机序列具有类似于随机噪声的一些统计特性同时又便于重复产生和处理。由于它具有随机噪声的优点，又避免了他的缺点，因此获得了日益广泛的实际应用。FPGA芯片(FieldProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)是在专用集成电路的基础上发展起来的一种新型逻辑器件，也是当今数字系统设计的主要硬件平台。FPGA芯片继承了专用集成电路的大规模、高集成度、高可靠性的优点，又克服了专用集成电路设计周期长、投资大、灵活性差的缺点，规模越来越大、开发过程投资小、可反复编程及擦除、保密性能好、开发工具智能化，涵盖了实时化数字信号处理技术、高速数据收发器、复杂计算以及嵌入式系统设计技术的全部内容。随着各领域对光纤陀螺，特别是高速光纤陀螺的要求越来越高，其频率特性，特别是大频带宽度的频率特性对高速光纤陀螺的性能越来越至关重要，因此如何快速准确的对高速光纤陀螺大频带宽度频率特性进行测量是一个十分重要的问题。原有的测量方法为利用转台对光纤陀螺输入特定频率序列的角速率，同时测量光纤陀螺的输出。比较输出与输入获得该频率点下光纤陀螺的系统频率响应。该方法需要进行扫频测试，若需要获得较为完整的频率响应函数需要多组测试频率信号，在每个测试频率下进行测量，导致测量时间长；同时由于测试频率点数有限，从而测试结果的频率分辨率低，特别是对于高速光纤陀螺，测量出高分辨率的频率特性对其性能的评估非常重要；没有针对相位特性进行测量，或相位估计误差大。
技术实现思路
针对目前高速光纤陀螺频率特性缺少快速准确及高频率分辨率测试方法的现状，本专利技术的目的在于提供了一种高速光纤陀螺频率特性的测试方法与系统，可快速准确地测量高速光纤陀螺频率特性。本专利技术方法的技术方案的具体步骤如下：一、一种高速光纤陀螺频率特性的测试方法，步骤如下，如图1所示：1)根据伪随机序列的生成逻辑生成伪随机序列测试数字信号；2)将伪随机序列测试数字信号依次通过数字模拟转换、信号驱动放大后转换为伪随机序列测试模拟信号，将伪随机序列测试模拟信号输入到角振动台的驱动电机中作为旋转的输入信号；角振动台的驱动电机经载物台连接待测高速光纤陀螺；3)角振动台带动其上面的待测高速光纤陀螺进行运动，得到待测高速光纤陀螺输出信号序列z(i)，其中i＝1,…,N，N是采样点总数，i表示采样点序数；4)测速电机与驱动电机同步连接，采集测速电机的角速度模拟信号并进行模拟数字转换，得到测速电机数字信号序列x(i)，其中i＝1,…,N；5)将步骤3)中得到的待测高速光纤陀螺输出信号序列z(i)和步骤4)得到的测速电机数字信号序列x(i)进行计算获得待测高速光纤陀螺的频率响应函数H(jω)，根据频率响应函数H(jω)获得待测高速光纤陀螺频率特性参数，包括幅频特性和相频特性。所述步骤1)中采用以下公式1表示的生成逻辑通过逻辑电路生成反馈移位寄存器，从而产生最终伪随机序列an：其中，n表示移位寄存器电路的阶数，an-1、…、a0表示第一级、…、第n级寄存器，C1、…、Cm、…、Cn-1表示反馈线的连接方式，m＝1,…,n-1，Cm等于1或者0，表示二元域上的模二加法。所述步骤5)中得到的高速光纤陀螺频率响应函数H(jω)具体计算步骤是：将待测高速光纤陀螺输出信号序列z[i]和测速电机测试数字信号序列x[i]进行互相关运算得到互相关序列Rxz，同时将测速电机测试数字信号序列x[i]进行自相关运算得到自相关序列Rxx；再对互相关序列Rxz和自相关序列Rxx进行傅里叶变换，获得互功率谱密度Sxz(jω)和自功率谱密度Sxx(jω)，将互功率谱密度和自功率谱密度相除获得待测高速光纤陀螺的频率响应函数H(jω)：所述的频率响应函数H(jω)在极坐标下表示形式为以下公式：其中，|H(jω)|为待测陀螺的幅频响应，为待测陀螺的相频响应，分别作为陀螺的幅频特性和相频特性，j表示虚部，ω表示角频率。所述的反馈线的连接方式Cm等于1表示连线接通，第n-m级输出加入反馈中；Cm等于0表示连线断开，第n-m级未输出加入反馈中。二、一种高速光纤陀螺频率特性的测试系统：包括角振动台的驱动电机和测速电机、载物台、待测陀螺和FPGA(FieldProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)处理器，载物台固定在驱动电机的旋转轴上，待测光纤陀螺置于载物台上，驱动电机与测速电机同步连接转动；FPGA处理器依次经数字模拟转换器、功率放大器连接角振动台的驱动电机，测速电机经模拟数字转换器连接FPGA处理器，待测光纤陀螺与FPGA处理器连接，FPGA处理器经串口通信与计算机连接。本专利技术根据伪随机序列的生成逻辑生成伪随机序列；将伪随机序列测试数字信号先后通过数字模拟转换、信号驱动转换为伪随机序列测试模拟信号，将伪随机序列模拟信号输入到角振动台中的驱动电机，驱动电机带动其上面的待测高速光纤陀螺根据输入的模拟信号进行相应的运动，得到待测高速光纤陀螺输出信号序列；同时将用于测量角振动台角速度输入的测速电机输出信号进行模拟数字转换，得到测速电机测试数字信号序列；将得到的待测高速光纤陀螺输出信号序列和测速电机测试数字信号序列发送到计算机；计算机利用谱分析的方法计算待测高速光纤陀螺的频率特性。本专利技术方法的有益效果为：本专利技术测量频率分辨率高，可实现对高速光纤陀螺大频带宽度的快速测量；测量精度高，同时单次测量即可获得测试结果；可同时测量获得高速光纤陀螺的幅频特性和相频特性；测试速度快，对高速光纤陀螺输出信号和伪随机序列的采样时间即为测试时间，整体测试时间最少只要20s，并且可以在线测试；对测试量中噪声的抑制效果好；测量频率范围大；使用FPGA芯片作为控制部分，体积小、操作简单、成本低；通过获得高速光纤陀螺的频率特性，对高速光纤陀螺的性能加以评估，满足高速光纤陀螺大频带宽度频率特性的大批量、快速和准确测试。附图说明图1为本专利技术方法的流程图。图2为本专利技术系统的示意图。图3为角振动台安装方式示意图。图4为产生伪随机序列的n级移位寄存器电路示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速光纤陀螺频率特性的测试方法，其特征在于步骤如下：1）根据伪随机序列的生成逻辑生成伪随机序列测试数字信号；2）将伪随机序列测试数字信号依次通过数字模拟转换、信号驱动放大后转换为伪随机序列测试模拟信号，将伪随机序列测试模拟信号输入到角振动台的驱动电机中作为旋转的输入信号；角振动台的驱动电机（3）经载物台（2）连接待测高速光纤陀螺（1）；3）角振动台带动其上面的待测高速光纤陀螺进行运动，得到待测高速光纤陀螺输出信号序列z(i)，其中i=1,…,N，N是采样点总数，i表示采样点序数；4）测速电机与驱动电机同步连接，采集测速电机的角速度模拟信号并进行模拟数字转换，得到测速电机数字信号序列x(i)，其中i=1,…,N；5）将步骤3）中得到的待测高速光纤陀螺输出信号序列z(i)和步骤4）得到的测速电机数字信号序列x(i)进行计算获得待测高速光纤陀螺的频率响应函数H(jω)，根据频率响应函数H(jω)获得高速光纤陀螺频率特性参数，包括幅频特性和相频特性。

【技术特征摘要】
1.一种高速光纤陀螺频率特性的测试方法，其特征在于步骤如下：1)根据伪随机序列的生成逻辑生成伪随机序列测试数字信号；2)将伪随机序列测试数字信号依次通过数字模拟转换、信号驱动放大后转换为伪随机序列测试模拟信号，将伪随机序列测试模拟信号输入到角振动台的驱动电机中作为旋转的输入信号；角振动台的驱动电机(3)经载物台(2)连接待测高速光纤陀螺(1)；3)角振动台带动其上面的待测高速光纤陀螺进行运动，得到待测高速光纤陀螺输出信号序列z(i)，其中i＝1,…,N，N是采样点总数，i表示采样点序数；4)测速电机与驱动电机同步连接，采集测速电机的角速度模拟信号并进行模拟数字转换，得到测速电机数字信号序列x(i)，其中i＝1,…,N；5)将步骤3)中得到的待测高速光纤陀螺输出信号序列z(i)和步骤4)得到的测速电机数字信号序列x(i)进行计算获得待测高速光纤陀螺的频率响应函数H(jω)，根据频率响应函数H(jω)获得高速光纤陀螺频率特性参数，包括幅频特性和相频特性。2.根据权利要求1所述的一种高速光纤陀螺频率特性的测试方法，其特征在于：所述步骤1)中采用以下公式1表示的生成逻辑通过逻辑电路生成反馈移位寄存器，从而产生伪随机序列测试数字信号an：其中，n表示移位寄存器电路的阶数，an-1、…、a0表示第一级、…、第n级寄存器，C1、…、Cm、…、Cn-1表示反馈线的连接方式，m＝1,…,n-1，Cm等于1或者0，表示二元域上的模二加法。3.根据权利要求1所述的一种高速光纤陀螺频率特性的测试方法，其特征在于：所述步骤5)中得到的高速光纤陀螺频率响应函数H(jω)具体计算步骤是：将待测高速...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杏藩，刘星宇，李阳，刘承，舒晓武，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33