[发明专利]一种基于STM32+FPGA的SERF惯性测量装置高稳定激光电控系统

说明书

本发明涉及一种基于STM32+FPGA的SERF惯性测量装置高稳定激光电控系统，包括上位机、参数显示模块、STM32模块、FPGA模块、激光器温控模块、激光器电流源模块、激光器稳频模块、激光器稳功率模块、半导体激光器、光谱信号采集模块。上位机和STM32模块通信，可以通过上位机调节控制参数，参数显示模块可以显示温度、电流、稳频、稳功率等相关参数，STM32模块和FPGA模块通过SPI总线进行通信，STM32模块进行控制算法的实现，FPGA模块和激光器温控模块、激光器电流源模块、激光器稳频模块、激光器稳功率模块进行通信和控制，激光器温控模块和激光器电流源模块用来驱动半导体激光器，激光器稳频模块和激光器稳功率模块用来对激光器稳频稳功率。本发明可以大大提高测量的准确性。

技术领域

本发明涉及SERF惯性测量装置的技术领域，具体涉及一种基于STM32+FPGA的SERF惯性测量装置高稳定激光电控系统，该系统实现了高稳定的激光控制，可保证用于SERF惯性测量装置的检测光和抽运光的频率和功率高度稳定，从而大大提高测量的准确性。

背景技术

导航技术对国民经济发展和国防建设的战略意义重大。惯性导航是唯一的实时、自主、连续、隐蔽、没有时间地域限制、不受外部干扰的导航技术，而陀螺仪是惯导系统中最关键的器件，是制约惯性导航系统性能提高的瓶颈。SERF原子自旋陀螺是继机电陀螺、光学陀螺之后的第三代新型陀螺仪，利用原子自旋替代机械转子，理论精度可达10^-9°/h，是新一代运动载体用超高精度惯性导航的重要发展方向之一。

半导体激光器的频率和功率稳定是使用激光的诸多传感器的共性需求，对提高传感器的精度和灵敏度有着重要意义。半导体激光器作为SERF原子陀螺仪中抽运与检测激光的光源，自身功率波动大，必须采取措施改善激光功率稳定性，与此同时其频率的稳定性对SERF陀螺仪检测的灵敏度十分重要。

目前的商用激光驱动系统虽然精度较高，但是不能同时实现稳频和稳功率，总体结构复杂，体积大，不易集成，无法同时满足SERF惯性测量装置激光电控的集成化和高精度需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于STM32+FPGA的SERF惯性测量装置高稳定激光电控系统。该系统可同时实现半导体激光器的稳频和稳功率，精度高，易于集成，为高精度小型化的SERF惯性测量装置的研制提供了基础。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种基于STM32+FPGA的SERF惯性测量装置高稳定激光电控系统，包括上位机1、参数显示模块2、STM32模块3、FPGA模块4、激光器温控模块5、激光器电流源模块6、激光器稳频模块7、激光器稳功率模块8、半导体激光器9和光谱信号采集模块10，半导体激光器9包括热敏电阻(NTC)9-1、半导体制冷器(TEC)9-2和LD(激光二极管)9-3，其中：

上位机1和STM32模块3通信，可以通过上位机1调节控制参数。

参数显示模块2可以显示温度、电流、稳频、稳功率参数。

STM32模块3和FPGA模块4通过SPI总线进行通信，STM32模块3进行控制算法的实现。

FPGA模块4直接和激光器温控模块5、激光器电流源模块6、激光器稳功率模块8进行通信和控制。

FPGA模块4向激光器温控模块5写入温度设定值，激光器温控模块5输出控制信号，改变半导体制冷器(TEC)9-2上的电流，使温度达到设定值，同时激光器温控模块5通过负温度系数的热敏电阻(NTC)9-1实时采集半导体激光器9的温度，通过STM32模块3控制PID算法，对温差信号做处理，激光器温控模块5对半导体制冷器(TEC)9-2进行驱动，实现温度的稳定。

FPGA模块4向激光器电流源模块6写入电流设定值，激光器电流源模块6驱动LD(激光二极管)9-3工作在设定值。