本發(fā)明屬于激光慣導(dǎo)儀表技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種激光陀螺慣導(dǎo)儀表信號(hào)采集電路。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的激光陀螺儀輸出信號(hào)利用FPGA進(jìn)行鑒相和可逆計(jì)數(shù)，然后將計(jì)數(shù)值發(fā)送到DSP進(jìn)行FIR濾波，最后由導(dǎo)航計(jì)算機(jī)將陀螺儀數(shù)據(jù)、加速度計(jì)數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)融合進(jìn)行組合導(dǎo)航。但在高速運(yùn)動(dòng)的慣導(dǎo)系統(tǒng)中，由于FPGA與DSP信號(hào)傳輸之間存在時(shí)間延時(shí)，對(duì)姿態(tài)解算的同步性造成影響，以至于影響導(dǎo)航精度，利用DSP進(jìn)行FIR濾波雖然具有良好的濾波效果，卻增大了數(shù)據(jù)采集電路板的體積與濾波時(shí)間；還有一種方法是采用FPGA的IP硬核濾波，這種方法需要將Matlab生產(chǎn)的濾波系數(shù)進(jìn)行量化擴(kuò)大，這樣無(wú)形中增加了FIR濾波器占用FPGA的資源，并且IP硬核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定其精度無(wú)法滿足激光陀螺濾波要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明就是針對(duì)上述問(wèn)題，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種激光陀螺慣導(dǎo)儀表信號(hào)采集電路；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且精度高、體積小。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

本發(fā)明一種激光陀螺慣導(dǎo)儀表信號(hào)采集電路，包括激光陀螺、光電耦合器件、加速度計(jì)、I/F轉(zhuǎn)換電路、FPGA、導(dǎo)航計(jì)算機(jī)；其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是：所述FPGA采用軟核EDK嵌入式技術(shù)，所述激光陀螺的信號(hào)輸出端連接光電耦合器件的輸入端，所述加速度計(jì)的信號(hào)輸出端連接I/F轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)輸入端；所述光電耦合器件和I/F轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)輸出端分別連接FPGA內(nèi)部的16位可逆計(jì)數(shù)器的輸入端和可逆計(jì)數(shù)器的輸入端，所述FPGA的信號(hào)輸出端連接導(dǎo)航計(jì)算機(jī)。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述I/F轉(zhuǎn)換電路內(nèi)部包括選通開(kāi)關(guān)、積分電路、電壓比較器、門(mén)限選通電路、恒流源電路；所述選通開(kāi)關(guān)與積分電路相連，積分電路與電壓比較器相連，電壓比較器與門(mén)限選通電路相連；所述加速度計(jì)的信號(hào)輸出端連接I/F轉(zhuǎn)換電路內(nèi)部的選通開(kāi)關(guān)的輸入端，所述恒流源電路的輸出端連接門(mén)限選通電路的輸入端，所述I/F轉(zhuǎn)換電路內(nèi)部的門(mén)限選通電路的輸出端連接FPGA內(nèi)部的可逆計(jì)數(shù)器的輸入端。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述EDK內(nèi)核包括FIR低通濾波器。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述加速度計(jì)采用石英撓性加速度計(jì)。

本發(fā)明的有益效果是。

1、本發(fā)明一種激光陀螺慣導(dǎo)儀表信號(hào)采集電路，采用FPGA的軟核EDK嵌入式技術(shù)對(duì)激光陀螺信號(hào)進(jìn)行FIR濾波，再對(duì)激光陀螺進(jìn)行溫度補(bǔ)償、正交標(biāo)定和零偏標(biāo)定以達(dá)到高精度測(cè)量。

2、本發(fā)明采用FPGA軟核對(duì)激光陀螺輸出信號(hào)進(jìn)行FIR濾波具有精度高、體積小的優(yōu)點(diǎn)，所述 I/F轉(zhuǎn)換電路在提高石英撓性加速度計(jì)精度方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，加速度計(jì)的高精度對(duì)后期的導(dǎo)航解算優(yōu)化具有非常重要的促進(jìn)作用；本發(fā)明采集電路對(duì)于激光慣導(dǎo)的設(shè)計(jì)具有重要的參考意義，可應(yīng)用于激光慣導(dǎo)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明保護(hù)范圍不僅局限于以下內(nèi)容的表述。

圖1是本發(fā)明一種激光陀螺慣導(dǎo)儀表信號(hào)采集電路的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖1所示，本發(fā)明一種激光陀螺慣導(dǎo)儀表信號(hào)采集電路包括激光陀螺、光電耦合器件、加速度計(jì)、I/F轉(zhuǎn)換電路、FPGA、導(dǎo)航計(jì)算機(jī)；其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是：所述FPGA采用軟核EDK嵌入式技術(shù)，所述激光陀螺的信號(hào)輸出端連接光電耦合器件的輸入端，所述加速度計(jì)的信號(hào)輸出端連接I/F轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)輸入端；所述光電耦合器件和I/F轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)輸出端分別連接FPGA內(nèi)部的16位可逆計(jì)數(shù)器的輸入端和可逆計(jì)數(shù)器的輸入端，所述FPGA的信號(hào)輸出端連接導(dǎo)航計(jì)算機(jī)。

所述I/F轉(zhuǎn)換電路內(nèi)部包括選通開(kāi)關(guān)、積分電路、電壓比較器、門(mén)限選通電路、恒流源電路；所述選通開(kāi)關(guān)與積分電路相連，積分電路與電壓比較器相連，電壓比較器與門(mén)限選通電路相連；所述加速度計(jì)的信號(hào)輸出端連接I/F轉(zhuǎn)換電路內(nèi)部的選通開(kāi)關(guān)的輸入端，所述恒流源電路的輸出端連接門(mén)限選通電路的輸入端，所述I/F轉(zhuǎn)換電路內(nèi)部的門(mén)限選通電路的輸出端連接FPGA內(nèi)部的可逆計(jì)數(shù)器的輸入端。

所述EDK內(nèi)核包括FIR低通濾波器；所述加速度計(jì)采用石英撓性加速度計(jì)。

結(jié)合附圖和技術(shù)方案闡述本發(fā)明的整個(gè)工作過(guò)程：所述激光陀螺產(chǎn)生的兩列正弦(余弦)脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合隔離后進(jìn)入FPGA，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行鑒相和倍頻、可逆計(jì)數(shù)，然后輸入到FPGA嵌入式內(nèi)核EDK進(jìn)行FIR濾波，解算出角速度值之后進(jìn)行溫度補(bǔ)償、零偏和正交修正、刻度因子標(biāo)定，最后輸出到導(dǎo)航計(jì)算機(jī)進(jìn)行姿態(tài)解算；所述石英撓性加速度計(jì)通過(guò)I/F轉(zhuǎn)換方法將加速度計(jì)輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖頻率信號(hào)，然后對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行高精度的頻率可逆計(jì)數(shù)，得到對(duì)應(yīng)的加速度測(cè)量信號(hào)值。

本發(fā)明所述恒流源電路能夠向負(fù)載提供恒定電流源，穩(wěn)定的恒流源能給I/F電路提供比較精準(zhǔn)的電流源來(lái)作為參考的標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明采用MAX6250作為+5 V參考電壓源，選用運(yùn)算放大器0PA277U和少量的外圍分立元器件則可以產(chǎn)生基準(zhǔn)的電流源+5V-I。

本發(fā)明所述激光陀螺輸出的信號(hào)包含轉(zhuǎn)動(dòng)角速度信號(hào)、抖動(dòng)偏頻和隨機(jī)干擾噪聲信號(hào)，可以通過(guò)所述FIR低通濾波器濾除抖動(dòng)偏頻和隨機(jī)噪聲信號(hào)；所述FIR濾波器為64階，采樣率為10 kHz，截止頻率為100 Hz，通帶內(nèi)紋波抖動(dòng)為1dB，阻帶下降60 dB，濾波器系數(shù)由Matlab的FDATool工具產(chǎn)生。

本發(fā)明所述FPGA內(nèi)部程序主要由鑒相倍頻模塊、可逆計(jì)數(shù)器模塊和EDK軟核組成，其中，EDK內(nèi)核模塊包括FIR濾波器模塊、激光陀螺角速度解算模塊、加速度值解算模塊、零偏修正模塊、正交標(biāo)定模塊、溫度補(bǔ)償模塊和平滑濾波模塊。在時(shí)鐘CLK上升沿的作用下，F(xiàn)PGA采集激光陀螺信號(hào)進(jìn)行鑒相、可逆計(jì)數(shù)、將含有高頻信號(hào)的計(jì)數(shù)值輸入到EDK內(nèi)核中調(diào)用FIR濾波器濾除高頻信號(hào)，再通過(guò)頻率值解算出相應(yīng)的角速度、經(jīng)過(guò)誤差補(bǔ)償?shù)扰c加速度計(jì)輸出信號(hào)打包發(fā)送到導(dǎo)航計(jì)算機(jī)進(jìn)行姿態(tài)角解算。采集的加速度計(jì)信號(hào)也需要進(jìn)行可逆計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換為頻率才可以得到相應(yīng)的加速度值。

可以理解的是，以上關(guān)于本發(fā)明的具體描述，僅用于說(shuō)明本發(fā)明而并非受限于本發(fā)明實(shí)施例所描述的技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換，以達(dá)到相同的技術(shù)效果；只要滿足使用需要，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。