全数字闭环光纤陀螺系统频率特性的仿真测试方法

摘要

全数字闭环光纤陀螺系统频率特性的仿真测试方法：其包括下列步骤(1)由FPGA芯片与EPROM芯片组成的信号处理系统在全数字闭环光纤陀螺系统内部产生数字信号，包括数字阶跃信号、数字脉冲信号及不同频率的数字正弦信号；利用FPGA信号处理系统将步骤(1)中产生的数字信号叠加在全数字闭环光纤陀螺系统的反馈通道；(3)利用DSP信号检测系统在线实时快速采集上述数字信号输入下全数字闭环光纤陀螺系统的输入及输出；(4)利用系统辨识原理对上述采集的全数字闭环光纤陀螺系统的测试数据进行最小二乘处理，获取全数字闭环光纤陀螺系统的频率特性。本发明消除了工程应用中测试设备误差和人为误差，在精度、可靠性与调试工艺性等方面都有其优越性并降低了成本。

主权项

全数字闭环光纤陀螺系统频率特性的仿真测试方法，其特征在于包括下列步骤：(1)由FPGA芯片与EPROM芯片组成的信号处理系统在全数字闭环光纤陀螺系统内部产生数字信号，包括数字阶跃信号、数字脉冲信号及不同频率的数字正弦信号，其中不同频率的数字正弦信号的产生方法是利用FPGA信号处理系统对正弦信号进行采样离散化处理，幅值保持不变，通过最小二乘拟合，获得单个频率的数字正弦，通过改写每个幅值的维持时间N即可获取各种频率的数字正弦，然后再将不同频率的数字正弦信号依次叠加在反馈信号上；数字阶跃信号的产生是直接在反馈通道持续叠加一数字量；数字脉冲信号的产生是直接在反馈通道叠加一数字量；(2)利用FPGA信号处理系统将步骤(1)中产生的数字信号叠加在全数字闭环光纤陀螺系统的反馈通道；(3)利用DSP信号检测系统在线实时快速采集上述数字信号输入下全数字闭环光纤陀螺系统的输入及输出；(4)利用系统辨识原理对上述采集的全数字闭环光纤陀螺系统的测试数据进行最小二乘处理，获取全数字闭环光纤陀螺系统的频率特性，具体方法如下：假设全数字闭环光纤陀螺系统的传递函数为$G\left(s\right)=\frac{K}{Ts+1}{e}^{-\tau s}---\left(1\right)$幅频特性为：$\left|G\left(j\omega \right)\right|=\frac{\left|K\right|}{\sqrt{T^2{\omega }^2+1}}---\left(2\right)$把上式写成|G|²＝K²‑|G|²ω²T²       (3)按最小二乘法，把多个频率下测试的数据写成矩阵$\left\{\begin{array}{c}{\left|G_1\right|}^2\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ {\left|G_n\right|}^2\end{array}\right\}=\left[\begin{array}{cc}1& -{\left|G_1\right|}^2{{\omega }_1}^2\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ 1& -{\left|G_n\right|}^2{{\omega }_n}^2\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}{K}^2\\ T^2\end{array}\right\}+\left\{\begin{array}{c}{ϵ}_1\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ {ϵ}_n\end{array}\right\}---\left(4\right)$简写为Y＝X·B，从DSP检测系统采集的数据中用最小二乘法拟合出全数字闭环光纤陀螺系统的输出幅值和激励信号的输入幅值比平方{|G₁|² … … |G_n|²}^T，代入式(2)，在误差向量{ε₁ ε₂ ... ε_n}^T平方长度最小的意义下解超定方程(4)可以得到B＝(X^TX)^‑1X^TY         (5)由此获得全数字闭环光纤陀螺系统幅频特性参数：$\left\{\begin{array}{c}K=\sqrt{B\left(1\right)}\\ T=\sqrt{B\left(2\right)}\end{array}\right.$K为增益，T为时间常数相频特性参数为：P＝‑tan^‑1(ωT)‑τω        (6)于是τ_i＝(‑P_i‑tan^‑1(ω_iT))/ω_i       (7)对多个频率点下测得的延迟时间求平均值即可得到纯延迟时间τ。pb pnum="2" />