基于FPGA的四频激光陀螺FIR滤波器设计与应用

本文主要探讨了在2013年的工程技术领域，针对四频差动激光陀螺（Four-Frequency Differential Laser Gyro, 4FDLG）在光学解调方案中存在的可靠性问题和温度敏感性缺陷，提出了一种基于现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array, FPGA）的数字拍频解调方案。4FDLG是高精度惯性测量设备，其多频特性使得传统的光学解调方法存在挑战。 在设计过程中，作者首先分析了数字拍频解调对于电路系统的需求，其中关键环节是低通滤波器的设计与实现。为了确保信号质量，滤波器的性能至关重要，必须精确计算滤波器的通带截止频率和阻带截止频率，以有效滤除高频噪声和不必要的信号成分。作者借助MATLAB的滤波器设计工具FDATool进行参数设计，这种工具允许用户通过有限冲击响应（Finite Impulse Response, FIR）滤波器实现滤波器设计，FIR滤波器因其线性相位特性和优良的抗噪声性能而被选中。 接下来，文章详细介绍了如何利用Xilinx公司的FPGA集成开发环境（Integrated Development Environment, ISE）进行FIR数字滤波器的片上系统设计。这种方法的优势在于能够在硬件层面实现高效且实时的信号处理，对于需要快速响应和精确控制的激光陀螺来说非常重要。 通过仿真和实验验证，所设计的FIR数字滤波器成功地将四频差动激光陀螺的和频分量衰减达到66dB，达到了足够的信号纯净度，满足了4FDLG拍频解调的需求。此外，该设计还有助于缩小设备体积，实现4FDLG的数字化，从而提升系统的稳定性和便携性。 本文的核心贡献在于提出并实现了基于FPGA的数字解决方案，解决了四频差动激光陀螺在传统光学解调方法上的局限，为提高激光陀螺的性能和适应更广泛的应用环境提供了关键技术。这一成果对于推进微电子技术在惯性导航系统中的应用具有重要意义。