專利名稱：模塊式激光陀螺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及激光陀螺，較具體地涉及一種模塊式激光陀螺。
相關(guān)的申請(qǐng)下列已授權(quán)的美國(guó)專利和美國(guó)專利申請(qǐng)與本申請(qǐng)相關(guān)，這些專利是授權(quán)給與本申請(qǐng)相同的受讓人的。
美國(guó)專利NO.5,225,889，“Laser Gyro Direct Dither Drive(激光陀螺的直接抖動(dòng)驅(qū)動(dòng))”，1993年7月6日授權(quán)。
美國(guó)專利申請(qǐng)，流水號(hào)07/931,941，標(biāo)題“Laser Gyro Microprocessor Start Up Control(激光陀螺的微處理器起動(dòng)控制)”，1992年8月18日遞交。國(guó)際申請(qǐng)?zhí)朠CT/ US93/07777。
美國(guó)專利申請(qǐng)流水號(hào)07/922,612，標(biāo)題“Laser GyroMicroprocessor Configuration and Control(激光陀螺的微處理器構(gòu)形和控制)”，1992年7月17日遞交，國(guó)際申請(qǐng)?zhí)朜O.PCT/US93/06686。
美國(guó)專利申請(qǐng)流水號(hào)08/134,368，標(biāo)題“Laser GyroMicroprocessor Based Smart Mode Aquisition and High Performance ModeHopping(基于激光陀螺微處理器的智能模式獲取和高性能模式跳變)”，1993年10月1日遞交。國(guó)際申請(qǐng)?zhí)朠CT/US94/11009。
美國(guó)專利申請(qǐng)流水號(hào)07/805,122，標(biāo)題“Laser GyroDither Stripper(激光陀螺的抖動(dòng)剝除器)”，1991年12月11日遞交。國(guó)際申請(qǐng)?zhí)朠CT/US93/02697。
美國(guó)專利申請(qǐng)流水號(hào)08/009,165，標(biāo)題“Laser GyroSingle Transformer Power Supply(激光陀螺的單一變壓器電源)”，1993年1月26日遞交。國(guó)際申請(qǐng)?zhí)朠CT/US94/00946。
美國(guó)專利申請(qǐng)流水號(hào)07/936,155，標(biāo)題“Laser GyroHigh Voltage start Module and HighVoltage(激光陀螺的高壓起動(dòng)模塊和高壓)”，1992年8月27日遞交。國(guó)際申請(qǐng)?zhí)朠CT/US93/08083。本發(fā)明的背景環(huán)形激光角速度傳感器也叫做激光陀螺，它在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)是周知的。目前，環(huán)形激光角速度傳感器包含一個(gè)在溫度上和機(jī)械上都穩(wěn)定的模塊，它有多個(gè)組成腔以包圍一個(gè)空隙。在各個(gè)腔的兩端設(shè)置了反射鏡，用來(lái)反射激光束并提供一個(gè)閉合的光學(xué)環(huán)路。
激光陀螺的各種子系統(tǒng)在起動(dòng)時(shí)的活動(dòng)可以有一些分路，以利于激光反射鏡和其他系統(tǒng)部件的壽命。在給定了各個(gè)子系統(tǒng)的起動(dòng)限制時(shí)，需要有一種方法來(lái)在起動(dòng)時(shí)協(xié)調(diào)各個(gè)子系統(tǒng)。
利用微處理器來(lái)控制的激光陀螺需要與外部系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)于慣性導(dǎo)航信息，控制信息，測(cè)試信息和狀態(tài)信息的通信。在激光陀螺中加入微處理器使得可以實(shí)現(xiàn)一些新的功能，例如，提供自主控制功能和自我測(cè)試以及自我標(biāo)定、自我診斷等。這種新的功能要求發(fā)送和接收廣譜的(各種類型的)數(shù)據(jù)，其中一些數(shù)據(jù)的產(chǎn)生頻率是很高的。
因此本發(fā)明的另一個(gè)動(dòng)機(jī)是提供一種具有改進(jìn)的通信和控制的方法和設(shè)備的模塊式激光陀螺。
以往技術(shù)中用于激光陀螺的高壓電源使用了一個(gè)大的外部電源2500VDC(伏直流)，該外部電源需要通過(guò)一個(gè)高壓饋輸連接器把高電壓饋輸?shù)郊す馔勇萃鈿?nèi)部。外部的高電壓還需要特殊的電纜和屏蔽這種高壓饋輸是昂貴的。這種高壓饋輸連接器在仍然要保持激光陀螺外殼的密封性時(shí)也是難以制作的?，F(xiàn)有的高壓塑料密封最多只可以保持10-6乇的真空度。相反地，比較價(jià)廉的低壓連接器可以保持10-9乇的密封性。
因此，本發(fā)明的另一個(gè)動(dòng)機(jī)是提供一種配備有可以利用價(jià)廉的密封連接器的電源線的模塊式激光陀螺。
與這種傳感器相關(guān)的一種不希望出現(xiàn)的現(xiàn)象叫做鎖定，在以往技術(shù)中對(duì)此已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了一段時(shí)間。在以往技術(shù)中，當(dāng)使這種傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)振蕩或抖動(dòng)時(shí)涉及到了該鎖定現(xiàn)象。典型的情形下轉(zhuǎn)動(dòng)振蕩是由一個(gè)抖動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生的。以往技術(shù)的抖動(dòng)電機(jī)通常是一個(gè)懸掛系統(tǒng)，該懸掛系統(tǒng)例如包括一個(gè)外輪圈、一個(gè)中央軸單元、以及多個(gè)抖動(dòng)電機(jī)輻條，這些輻條從中央軸單元輻射狀地伸出，連接在中央軸單元和外輪圈之間。一般，有一組用作驅(qū)動(dòng)器的壓電元件連接在懸掛系統(tǒng)上。當(dāng)通過(guò)向壓電元件施加電信號(hào)而驅(qū)動(dòng)時(shí)，該懸掛系統(tǒng)就作為一個(gè)拌動(dòng)電機(jī)而工作，使傳感器模塊以懸掛系統(tǒng)的自然機(jī)械共振頻率發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)振蕩。該抖動(dòng)運(yùn)動(dòng)疊加在傳感器在慣性空間中的慣性轉(zhuǎn)動(dòng)上。以往技術(shù)有各種方法來(lái)恢復(fù)不帶抖動(dòng)效果的慣性轉(zhuǎn)動(dòng)。
因此，本發(fā)明的另一個(gè)動(dòng)機(jī)是提供一種配備有改進(jìn)的抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)和抖動(dòng)剝除器的模塊式激光陀螺，其中的抖動(dòng)剝除器從陀螺輸出中除去(剝除)抖動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
保持恒定光路長(zhǎng)度的一種技術(shù)是，探測(cè)環(huán)形激光器的一個(gè)或兩個(gè)激光束的強(qiáng)度并控制光路長(zhǎng)度使得一個(gè)或兩個(gè)光束的強(qiáng)度達(dá)到最大(見(jiàn)美國(guó)專利NO.4,152,071)。用來(lái)控制環(huán)形激光器的光路長(zhǎng)度的光路長(zhǎng)度換能器在有技術(shù)領(lǐng)域是周知的(見(jiàn)美國(guó)專利3,581,227)。
光束強(qiáng)度或者是可以直接探測(cè)，或者可以所謂的雙光束信號(hào)中導(dǎo)出(見(jiàn)美國(guó)專利NO.4,320,974)。
這里，“模式”被定義為激光束的一個(gè)波長(zhǎng)的等價(jià)物。對(duì)于氦氖激光器，一個(gè)模式等于0.6328微米，也即等于24.91微英寸。
在以往技術(shù)的光路長(zhǎng)度控制系統(tǒng)中，光路長(zhǎng)度控制器找出這樣的反射鏡位置，使得激光多邊形的光路長(zhǎng)度，也即環(huán)形激光器的光路長(zhǎng)度等于所希望模式或頻率的波長(zhǎng)的整數(shù)倍，其中的模式或頻率是由激光氣體的一條光譜線來(lái)表明的。在正確的設(shè)計(jì)下，光路長(zhǎng)度控制器迫使激光束所經(jīng)過(guò)的光路長(zhǎng)度具有一個(gè)能夠使激光束達(dá)到最大功率的值。
正如也是在本技術(shù)領(lǐng)域中所周知的，環(huán)形激光陀螺受到小的偏置漂移誤差和叫做隨機(jī)漂移的噪聲的影響。如果環(huán)形激光陀螺需要工作極長(zhǎng)的時(shí)間，則這兩種誤差都可能會(huì)造成嚴(yán)重的不精確性。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖50，那里示出了美尼蘇達(dá)州美尼安普勒斯市的赫尼威爾公司(Honeywell Inc.of Minneapolis，Minnesota)所做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該結(jié)果暗示存在著周期性的環(huán)形激光陀螺偏置漂移。典型的偏置幅度變化(圖50的20C)是環(huán)繞一個(gè)平均值(圖50的直線21A)有大約±0.01°/小時(shí)的變化。觀察到了如曲線22B所示的相對(duì)于反射鏡位置(圖50中的Z軸19)有正弦形性質(zhì)的偏置輻度變化。圖50示出了偏置幅度變化曲線22B與單光束信號(hào)(SBS)曲線24B的關(guān)系。該單光束信號(hào)曲線24B是從激光強(qiáng)度監(jiān)視信號(hào)中的AC(交流)成分的幅度中導(dǎo)出的。如幅度曲線26B所示，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)偏置和單光束信號(hào)(SBS)曲線24B有90°的相位差，但它們的變化周期相同。典型地，對(duì)應(yīng)于SBS信號(hào)曲線24B的極小值或極大值，平均偏置線相交于BIAS(偏置)正弦曲線22B的點(diǎn)25和27上。
在兩個(gè)反射鏡13和15的一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)偏置曲線22B呈現(xiàn)正弦形變化。一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期等價(jià)于兩個(gè)波長(zhǎng)。即使反射鏡在運(yùn)動(dòng)，但該系統(tǒng)保持著激光陀螺10中恒定的激光光路16，如

圖1A所示。
圖50的關(guān)系曲線意味著，當(dāng)一個(gè)反射鏡向“外”運(yùn)動(dòng)了一個(gè)波長(zhǎng)而另一個(gè)反射鏡向“內(nèi)”運(yùn)動(dòng)了一個(gè)波長(zhǎng)，總共產(chǎn)生兩個(gè)波長(zhǎng)的變化時(shí)，模塊式激光陀螺10中的偏置改變了一個(gè)完整的周期，理想地，當(dāng)反射鏡從一個(gè)平均偏置點(diǎn)25移向一個(gè)負(fù)的最大偏置點(diǎn)26B，再通過(guò)平均偏置點(diǎn)27移向最大偏置點(diǎn)28B，然后又回到平均偏置點(diǎn)5629時(shí)，偏置將均勻地變化。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們將得益于這個(gè)新的發(fā)現(xiàn)而認(rèn)識(shí)到，偏置曲線22B在從點(diǎn)25到點(diǎn)5629的一個(gè)曲線周期上相對(duì)于平均偏置線21A的積分值為零，這意味著在整個(gè)周期上的總偏置是由線21A所表示的平均偏置。
十分希望知道的是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的各個(gè)元部件將在什么時(shí)候失效。根據(jù)在特定溫度下的MS前的模塊式激光陀螺的性能數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)是可能的。壽命預(yù)測(cè)可以用來(lái)估計(jì)一個(gè)裝置什么時(shí)候需要進(jìn)行常規(guī)維護(hù)的維修。預(yù)測(cè)模塊式激光陀螺壽命的能力使得模塊式激光陀螺的維修可以在最希望的時(shí)間，例如在夜間或者在計(jì)劃的維修時(shí)間上來(lái)進(jìn)行。
預(yù)測(cè)壽命的能力是基于代表模塊式激光陀螺的輸出功率和一個(gè)導(dǎo)出參數(shù)的實(shí)驗(yàn)和理論數(shù)據(jù)來(lái)獲得的，該導(dǎo)出參數(shù)是每個(gè)模式的電壓(伏特?cái)?shù))，它是溫度和工作時(shí)間的函數(shù)。典型地說(shuō)，模塊式激光陀螺工作的時(shí)間愈長(zhǎng)，則激光功率的輸出愈小。即使該功率輸出隨著時(shí)間緩慢地減小，經(jīng)過(guò)了一段工作時(shí)間后激光功率輸出也會(huì)減小到低于一個(gè)被認(rèn)為是可接受的水平。激光功率輸出的這個(gè)可接受的水平是在制造模塊式激光陀螺時(shí)確定的，此外，還知道在一個(gè)給定的溫度范圍內(nèi)，模塊式激光陀螺的功率輸出可能會(huì)有起伏。因此，希望在一個(gè)特定的老化時(shí)間點(diǎn)上和一個(gè)特定的溫度范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)最小功率。
因此，本發(fā)明的另一個(gè)動(dòng)機(jī)是提供一種高度可靠的方法，以根據(jù)表征模塊式激光陀螺的某些性能參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)來(lái)確定模塊式激光陀螺在什么時(shí)候可能失效。
在操作一個(gè)模塊式激光陀螺時(shí)，重要的是要保持激光陀螺每一臂的陽(yáng)極和陰極之間的激光束電流落在一個(gè)所希望的工作范圍內(nèi)，例如從約0.15MA到約1.0MA。在以往技術(shù)中，使用了一些叫做鎮(zhèn)流電阻的大電阻來(lái)保持等離子體穩(wěn)定在所希望的電流范圍內(nèi)。不幸的是，這種鎮(zhèn)流電阻往往需要十分大，造成了大量的功率浪費(fèi)。而且，還必須從一組可供選擇的鎮(zhèn)流電阻中對(duì)每個(gè)模塊式激光陀螺分別選出適當(dāng)?shù)逆?zhèn)流電阻。對(duì)于每個(gè)模塊式激光陀螺的這種選擇或定標(biāo)造成了較大的生產(chǎn)成本和較不可靠的電流控制。此外，為了得到高性能的模塊式激光陀螺，以往技術(shù)的電流控制電路需要高電壓和寬頻帶的電路。
本發(fā)明的另一個(gè)動(dòng)機(jī)是通過(guò)提供一種主動(dòng)式的電流控制設(shè)備來(lái)克服這些以往技術(shù)的缺點(diǎn)，該設(shè)備不需要選擇鎮(zhèn)流電阻，而是利用一般的主動(dòng)元件和中等性能的運(yùn)算放大器，來(lái)得到在所希望電流的整個(gè)工作范圍內(nèi)都不會(huì)出現(xiàn)等離子體振蕩的高性能模塊式激光陀螺。此外，通過(guò)使用基于微處理器的控制器，本發(fā)明的主動(dòng)電流控制設(shè)備在模塊式激光陀螺的應(yīng)用中保持了高的精度和可靠度。
以往技術(shù)的模塊式激光陀螺電源至少要配備4個(gè)大的外部電源變壓器。這些變壓器包括一個(gè)2500VDC(伏直流)的起動(dòng)變壓器，一個(gè)750VDC的運(yùn)行變壓器，一個(gè)抖動(dòng)變壓器，以及一個(gè)330VDC的PLC(光路長(zhǎng)度控制器)變壓器。
環(huán)形模塊式激光陀螺的一個(gè)組成部分是激光束源或發(fā)生器。有一種類型的激光束發(fā)生器包括一些電極、一個(gè)放電腔以及多個(gè)確定了一個(gè)閉合光路的反射鏡。光路通常是三角形的，但也可以使用其他的光路，如矩形光路。
目前的環(huán)形模塊式激光陀螺采用一個(gè)充有氣體的氣體放電腔，該氣體因被在電極之間流過(guò)的電流電離并形成等離子體而受到激發(fā)，如熟悉有技術(shù)領(lǐng)域的人們所了解的，電離的氣體發(fā)生了分布反轉(zhuǎn)，從而造成了光子的發(fā)射，在氦氖氣體的情形中，這將產(chǎn)生作為等離子體標(biāo)志的一種可見(jiàn)光。如果氣體放電腔與多個(gè)反射鏡之間的相對(duì)位置恰當(dāng)，則被激發(fā)的氣體將造成沿著由反射鏡所確定的閉合環(huán)形光路的兩束方向相反的激光束。
在一些模塊式激光陀螺的實(shí)施例中，一個(gè)單一的構(gòu)體提供了含有閉合環(huán)形光路的氣體放電腔。在美國(guó)就示出了這樣一個(gè)系統(tǒng)(見(jiàn)美國(guó)專利NO.3,390,606)。在充有氣體的光學(xué)腔中，借助于在至少一個(gè)陽(yáng)極和至少一個(gè)陰極之間的氣體中流動(dòng)的電流而產(chǎn)生了氣體放電，這兩個(gè)電極都與充氣體的光學(xué)腔有聯(lián)系。
應(yīng)該指出，以往技術(shù)的環(huán)形模塊式激光陀螺經(jīng)常含有一對(duì)陽(yáng)極和一個(gè)陰極，它們產(chǎn)生了兩個(gè)沿相反方向流動(dòng)的電流。每個(gè)放電電流都在氣體中產(chǎn)生了等離子體。每個(gè)電流都是通過(guò)在一個(gè)陽(yáng)極和一個(gè)陰極之間施加足夠大小的電位差而建立的?；蛘?，RLG(環(huán)形模塊式激光陀螺)也可以有兩個(gè)陰極和一個(gè)陽(yáng)極。
RLG的多種外部因素和內(nèi)部因素都可以影響光束強(qiáng)度。溫度是一個(gè)外部因素。腔參數(shù)的變化是內(nèi)部因素的一個(gè)例子。在以往技術(shù)中，RLG通常在基本上恒定的功率或恒定的電流輸入下工作的，由于外部或內(nèi)部因素的原因，這將造成變化的光束強(qiáng)度。工作電流大小的選擇原則是在規(guī)定的外部條件和內(nèi)部條件的范圍之內(nèi)，該大小能夠產(chǎn)生具有適合于滿意工作的強(qiáng)度的光束。然而，已經(jīng)肯定，陰極的使用壽命是必要的電流大小的函數(shù)；該大小愈大，測(cè)陰極的使用壽命愈短。為了在所有條件下都能產(chǎn)生適合于滿意工作的光束強(qiáng)度，各種內(nèi)部和外部因素使得RLG在其工作壽命中的一部分時(shí)間內(nèi)工作于高于必要電流強(qiáng)度的狀態(tài)，從而縮短了RLG的工作壽命。
十分希望模塊式激光陀螺能夠進(jìn)行自我檢測(cè)，以讓慣性導(dǎo)航系統(tǒng)能利用該模塊式激光陀螺來(lái)評(píng)估其可靠性和功能性。
在以往技術(shù)的設(shè)計(jì)中，起動(dòng)光路長(zhǎng)度控制是借助于電壓發(fā)送器的一個(gè)預(yù)置點(diǎn)，利用電壓掃描來(lái)完成的。所希望的預(yù)置點(diǎn)是在制作激光陀螺時(shí)確定的。以往技術(shù)的激光陀螺難以對(duì)兩個(gè)普通的效應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，這兩個(gè)效應(yīng)是溫度起伏和由于老化而造成的系統(tǒng)響應(yīng)起伏。因此，應(yīng)該提供一個(gè)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，以獲得特定的激光模式、計(jì)算每個(gè)模式的電壓(即改變到相鄰模式所需的電壓)和改變激光模式。本發(fā)明的概述本發(fā)明提供一種模塊式激光陀螺。該模塊式激光陀螺包括一個(gè)帶有一個(gè)第一陽(yáng)極、一個(gè)第二陽(yáng)極和一個(gè)陰極的陀螺模塊，該模塊在一個(gè)微控制器的控制之下受到主動(dòng)的電流控制。該陀螺模塊還含有一個(gè)溫度傳感器、一個(gè)抖動(dòng)發(fā)生器、一個(gè)抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)光路長(zhǎng)度控制發(fā)生器，以及一個(gè)光路長(zhǎng)度控制探測(cè)器。該模塊還有能提供讀出慣性導(dǎo)航信號(hào)中的邏輯的光電二極管。該模塊式陀螺所用的微控制器含有一個(gè)第一脈寬調(diào)制器、一個(gè)第二脈寬調(diào)制器、一個(gè)A/D(模/數(shù))轉(zhuǎn)換器、一個(gè)帶有檢測(cè)功能的微處理器、一個(gè)高速異步接收發(fā)送機(jī)、和一個(gè)查找表。光路長(zhǎng)度控制設(shè)備提供一個(gè)光路長(zhǎng)度控制探測(cè)器，它從光路長(zhǎng)度控制發(fā)生器接收控制信息，光路長(zhǎng)度控制器與微控制器和一個(gè)數(shù)字邏輯設(shè)備通信。數(shù)字邏輯設(shè)備被提供一個(gè)脈沖以獲得抖動(dòng)發(fā)生器數(shù)據(jù)。數(shù)字邏輯設(shè)備，讀出器和微控制器向外部系統(tǒng)提供慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)，被提供的數(shù)據(jù)還有激光強(qiáng)度監(jiān)視信息、讀出強(qiáng)度監(jiān)視信息、模塊溫度、和其他檢測(cè)數(shù)據(jù)。微控制器上備有采樣脈沖以連接模塊式陀螺和一個(gè)外部慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。該模塊式陀螺含有一個(gè)高壓起動(dòng)裝置，并由單變壓器電源供電。
本發(fā)明還提供與一種起動(dòng)方法相結(jié)合的模塊式激光陀螺。在該模塊式激光陀螺中，抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)、激光放電、主動(dòng)式電流控制電路、光路長(zhǎng)度控制電路，BDI驅(qū)動(dòng)電路、抖動(dòng)剝除電路和陀螺的內(nèi)部檢測(cè)等所有這些都必須初始化。該模塊式激光陀螺的各種功能都在微控制器的控制之下起動(dòng)。微控制器保證了具有正確定時(shí)的適當(dāng)?shù)钠饎?dòng)程序，這又保證了模塊式陀螺的快速起動(dòng)。
本發(fā)明還提供了一種模塊式激光陀螺的構(gòu)形和控制機(jī)構(gòu)，后者采用了其上的一個(gè)帶有高速通用異步接收發(fā)送機(jī)(UART)的微控制器，該UART通過(guò)一個(gè)發(fā)送線和一個(gè)接收線與外部系統(tǒng)通信。微處理器通過(guò)一組預(yù)定的寄存器進(jìn)行通信，寄存器的結(jié)構(gòu)保證了高速數(shù)據(jù)通信。微處理器送出一個(gè)指令信息以及慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)。外部系統(tǒng)通過(guò)類似的機(jī)制與模塊式激光陀螺通信。模塊式激光陀螺含有一個(gè)永久性的專用存儲(chǔ)器模塊，存儲(chǔ)起動(dòng)和工作時(shí)的陀螺操作數(shù)據(jù)。
本發(fā)明提供一種模塊式激光陀螺高壓起動(dòng)電路，它含有一個(gè)高壓脈沖發(fā)生器和高壓模塊，后者可用帶有廉價(jià)密封連接器的+5VDC和+15VDC的低壓外部陀螺電源供電。高壓脈沖發(fā)生器把60kHz的5V脈沖放大，給出占空比約為50％的280V脈沖輸出。兩個(gè)小的鎮(zhèn)流電阻和一個(gè)并聯(lián)的8倍壓電壓倍增器給出至少為2500VDC的輸出。高壓起動(dòng)電路放置在模塊式激光陀螺的一個(gè)比第一容室小的第二容室內(nèi)。
本發(fā)明還提供一個(gè)用于模塊式激光陀螺的直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。本發(fā)明的直接數(shù)字驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括一個(gè)低通濾波器、一個(gè)高通濾波器、一個(gè)用來(lái)提供濾波信號(hào)的輸出端和一個(gè)連接在脈寬調(diào)制數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)上的輸入端。直接數(shù)字驅(qū)動(dòng)器還包括一個(gè)放大器，用來(lái)放大從低通濾波器輸出的濾波信號(hào)，該放大器的輸入端連接在低通放大器的輸出上，并且，放大器的輸出端連接了一個(gè)用來(lái)根據(jù)放大信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)抖動(dòng)電機(jī)的裝置；其中的驅(qū)動(dòng)裝置含有一個(gè)主動(dòng)提升裝置，后者又含有一個(gè)用來(lái)提供死區(qū)工作特性的裝置，以基本上除去電源信號(hào)上的電流毛刺，并提供一個(gè)低功耗的高效率驅(qū)動(dòng)器。
本發(fā)明還提供了一種用于模塊式激光陀螺的模塊式激光陀螺抖動(dòng)剝除設(shè)備。本發(fā)明的抖動(dòng)剝除設(shè)備包括一個(gè)基于微控制器的剝除設(shè)備，它從一個(gè)抖動(dòng)發(fā)生器探測(cè)抖動(dòng)模擬信號(hào)。該抖動(dòng)模擬信號(hào)被轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，并被一個(gè)利用微控制器調(diào)整信號(hào)增益的閉環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)償。抖動(dòng)信號(hào)被與一個(gè)值相比較，由此產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)。然后從激光讀出信號(hào)中減去抖動(dòng)信號(hào)，以提供慣性導(dǎo)航信息的剝除了抖動(dòng)的讀出信號(hào)。剝除信號(hào)被進(jìn)一步處理以完成本發(fā)明的閉環(huán)增益控制功能。
本發(fā)明還提供了對(duì)模塊式激光陀螺的偏置漂移改進(jìn)，該改進(jìn)利用了模塊式激光陀螺中激光偏置漂移的固有的周期性質(zhì)。微處理器控制一個(gè)光路長(zhǎng)度控制電路，后者連續(xù)地調(diào)整光路長(zhǎng)度控制反射鏡的位置。本發(fā)明通過(guò)迫使模塊式激光陀螺工作于變化的光程長(zhǎng)度控制位置來(lái)改進(jìn)偏置漂移。每個(gè)位置有一個(gè)變化的偏置，它在兩個(gè)激光模式上呈現(xiàn)出周期性。通過(guò)使激光系統(tǒng)工作在兩個(gè)激光模式上，模塊式激光陀螺的周期性偏置誤差就隨著時(shí)間而抵消了。可以在檢測(cè)臺(tái)上測(cè)試激光陀螺，以確定在偏置漂移周期中所達(dá)到的反射鏡位置的范圍上的隨機(jī)漂移率。
本發(fā)明還提供一種基于對(duì)某些陀螺性能參數(shù)的測(cè)量的預(yù)測(cè)模塊式激光陀螺的壽命的方法。要測(cè)量的參數(shù)是激光強(qiáng)度、讀出強(qiáng)度，導(dǎo)出的每個(gè)模式的電壓、以及其他陀螺參數(shù)。該方法把最近1000個(gè)小時(shí)的性能數(shù)據(jù)去與一個(gè)預(yù)定的線性的、二次的、或高次的多項(xiàng)式擬合曲線相擬合，當(dāng)模式激光陀螺工作時(shí)，它可能會(huì)轉(zhuǎn)移到導(dǎo)致有最小估計(jì)壽命的狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)緊急系統(tǒng)失效時(shí)，模塊式激光陀螺將警告使用它的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。該方法根據(jù)預(yù)定的臨界工作溫度來(lái)對(duì)特定的模塊式激光陀螺衡量其數(shù)據(jù)。本發(fā)明的方法根據(jù)這些臨界溫度來(lái)生成壽命性能特性的歷史。當(dāng)模塊式激光陀螺將要失效時(shí)，它會(huì)根據(jù)在其估計(jì)壽命中還剩下多少時(shí)間，來(lái)向慣性導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)送不同級(jí)別的警告。
本發(fā)明還提供一種用于模塊式激光陀螺的主動(dòng)電流控制設(shè)備。這種模塊式激光陀螺含有一個(gè)具有第一極性的第一電極，例如陽(yáng)極，和一個(gè)具有相反極性的第二電極，例如陰極。主動(dòng)電流控制設(shè)備含有用來(lái)發(fā)生一個(gè)代表電流值的控制信號(hào)的裝置，例如微處理器控制器。一個(gè)用來(lái)根據(jù)控制信號(hào)向模塊式激光陀螺的陽(yáng)極提供經(jīng)主動(dòng)控制的電流的裝置與一個(gè)控制信號(hào)相耦合。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種帶有主動(dòng)電流控制設(shè)備的模塊式激光陀螺，其中的模塊式激光陀螺含有一個(gè)第一陽(yáng)極和一個(gè)第二陽(yáng)極。用來(lái)向模塊式激光陀螺的陽(yáng)極提供經(jīng)主動(dòng)控制的電流的裝置包括一個(gè)第一電流源臂和一個(gè)第二電流源臂，其中第一電流源臂與第一陽(yáng)極相耦合，第二電流源臂與第二陽(yáng)極相耦合，并且兩個(gè)電流源臂中的電流匹配到約1％或更小之內(nèi)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種帶有一個(gè)接近于理想的電流源的模塊式激光陀螺，該電流源在感興趣的全部頻譜上基本上具有無(wú)限大的阻抗。
本發(fā)明在另一個(gè)方面的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種帶有一個(gè)主動(dòng)電流控制設(shè)備的模塊式環(huán)形激光陀螺，其中一個(gè)含有多個(gè)模/數(shù)輸入端的微處理器對(duì)主動(dòng)電流控制設(shè)備的輸出電壓進(jìn)行采樣。然后，該微處理器又根據(jù)所采樣的輸出，通過(guò)控制一個(gè)調(diào)節(jié)模塊式激光陀螺陰極電壓的脈寬調(diào)制直流/直流轉(zhuǎn)換器，使模塊式激光陀螺和有關(guān)電路的功耗最小。
本發(fā)明還提供一種帶有單變壓器電源的模塊式激光陀螺。該電源把單個(gè)15VDC電源轉(zhuǎn)換成一個(gè)320VDC的電源、一個(gè)280VDC的電源和一個(gè)500VDC的電源。
本發(fā)明還提供一種自我檢測(cè)模塊式激光陀螺的方法和在外部系統(tǒng)的請(qǐng)求下檢測(cè)模塊式激光陀螺的方法。模塊式激光陀螺有一個(gè)系統(tǒng)通信協(xié)議，用來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊式激光陀螺的多種檢測(cè)的執(zhí)行。模塊式激光陀螺報(bào)告代表它是否正常工作的一個(gè)檢測(cè)寄存器的狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，和模塊式環(huán)形激光陀螺同時(shí)公開(kāi)的還有一種采樣抖動(dòng)信號(hào)的方法和設(shè)備。
或者，也可以計(jì)算剝除陀螺角的輸出。
本發(fā)明也提供了一種用于激光陀螺的抖動(dòng)剝除設(shè)備。本發(fā)明的抖動(dòng)剝除設(shè)備包括一個(gè)從抖動(dòng)發(fā)生器探測(cè)抖動(dòng)模擬信號(hào)的剝除設(shè)備。抖動(dòng)模擬信號(hào)被轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，并被一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)被償，以調(diào)節(jié)信號(hào)增益。
本發(fā)明的另一個(gè)動(dòng)機(jī)是提供一種帶有抖動(dòng)剝除設(shè)備的模塊式陀螺，該設(shè)備對(duì)所有的測(cè)量以交替的最大正靈敏度和最大負(fù)靈敏度工作。
本發(fā)明提供一種帶有抖動(dòng)剝除器的模塊式陀螺，與以往技術(shù)的裝置比較，它對(duì)輸入噪聲有更好的魯捧性，并且時(shí)間響應(yīng)要快得多。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種利用數(shù)字控制器來(lái)進(jìn)行模式跳變的模塊式激光陀螺。
對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們來(lái)說(shuō)，通過(guò)下面的“優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明”、“權(quán)利要求”和附圖，本發(fā)明的其他目的以及特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚明白，在附圖中類似的元部件用類似的代號(hào)表示。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明圖1A示出本發(fā)明方法的模塊式激光陀螺。
圖1B示出本發(fā)明方法的由微處理器控制的模塊式激光陀螺。
圖1C示出模塊式環(huán)形激光陀螺系統(tǒng)的一個(gè)簡(jiǎn)化圖，其中圖1B中所示的一些元部件，例如抖動(dòng)發(fā)生器，已被刪去，以便于對(duì)模式跳變?cè)O(shè)備的說(shuō)明。
圖2示出起動(dòng)程序處理流程圖。
圖3A至3F示出本發(fā)明模塊式激光陀螺的從接通電源開(kāi)始的起動(dòng)程序。
圖4示意性地示出本發(fā)明中所采用的主動(dòng)電流控制的一個(gè)例子的電路圖。
圖5示出一個(gè)本發(fā)明的實(shí)施例，它用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所采用的偏置漂移改進(jìn)方法。
圖6示出模塊式激光陀螺偏置改進(jìn)控制電壓隨時(shí)間變化的曲線。
圖7示出用于本發(fā)明方法的高速通信系統(tǒng)的硬件原理圖的一個(gè)例子。
圖8示出模塊式激光陀螺指令的一個(gè)輸出幀。
圖9示出從外部主系統(tǒng)向模塊式激光陀螺的通信輸入幀。
圖10示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所采用的在外部系統(tǒng)和模塊式激光陀螺之間進(jìn)行通信的方法。
圖11示意性地示出一個(gè)內(nèi)部的檢測(cè)設(shè)備狀態(tài)寄存器。
圖12示出在模塊式激光陀螺高速檢測(cè)接口中的高速數(shù)據(jù)通信方法。
圖13示出本發(fā)明檢測(cè)設(shè)備的原理圖。
圖14示出用來(lái)計(jì)算每個(gè)模式的電壓的本發(fā)明方法的原理圖。
圖15示出光路長(zhǎng)度控制監(jiān)視電壓隨溫度變化的關(guān)系。
圖16示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面所提供的高壓起動(dòng)電路的一個(gè)實(shí)施例的方框圖。
圖17A和17B示出高壓脈沖發(fā)生器的波形。
圖18示出本發(fā)明的高壓模塊的電路原理圖。
圖19示出根據(jù)本發(fā)明制作的抖動(dòng)發(fā)生器電路的一個(gè)例子的電路原理圖。
圖20示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面所提供的直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路的一個(gè)實(shí)施例的電路原理圖。
圖21示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面所提供的抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路的另一個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)電路圖。
圖22A至22D示出使用于含有閉環(huán)系統(tǒng)的模塊式激光陀螺的直接抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的總體原理方框圖。
圖23示出中斷時(shí)刻作為過(guò)零探測(cè)器輸出的函數(shù)的圖。
圖24示出一種確定抖動(dòng)周期內(nèi)的90°和270°過(guò)零點(diǎn)的方法。
圖25示出用來(lái)使一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器在模塊式陀螺的多個(gè)其他功能之間協(xié)調(diào)地工作的本發(fā)明的方法和設(shè)備的原理性表示圖。
圖26示出用監(jiān)視控制環(huán)監(jiān)視模塊式陀螺的方法。
圖27示出處理從抖動(dòng)發(fā)生器產(chǎn)生并已轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的抖動(dòng)發(fā)生器信號(hào)的方法。
圖28示出當(dāng)被驅(qū)動(dòng)器、剝除器和背景處理調(diào)用時(shí)處理模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法的原理圖。
圖29示出用于軟件計(jì)時(shí)中斷的中斷服務(wù)例行程序的原理圖。
圖30示出用來(lái)預(yù)測(cè)采樣脈沖的本發(fā)明的方法。
圖31示出用來(lái)利用兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)驅(qū)動(dòng)模塊式激光陀螺抖動(dòng)機(jī)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的本發(fā)明方法和設(shè)備。
圖31A示出一種基于微控制器的、用來(lái)利用多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的抖動(dòng)剝除方法的設(shè)備的方框圖。
圖32示出使背景模數(shù)轉(zhuǎn)換排隊(duì)的本發(fā)明方法。
圖33示出抖動(dòng)信號(hào)和系統(tǒng)采樣脈沖的例子之間的關(guān)系圖。
圖34示意性地示出本發(fā)明的抖動(dòng)剝除方法。
圖35示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面所提出的抖動(dòng)剝除電路的一個(gè)實(shí)施例的詳圖。
圖36示出用于本發(fā)明抖動(dòng)剝除設(shè)備的自動(dòng)增益控制寄存器的寄存器方框圖。
圖37示出本發(fā)明利用一個(gè)二次曲線形狀的性能曲線圖來(lái)表示性能數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的方法。
圖38示出利用性能處理器的本發(fā)明的模塊式激光陀螺壽命預(yù)測(cè)設(shè)備的方框圖。
圖39和40應(yīng)該合成一個(gè)圖，它示出本發(fā)明的一個(gè)例子所使用的、用來(lái)依次通過(guò)多個(gè)激光模式的光路長(zhǎng)度控制器的一個(gè)實(shí)施例。
圖41示意性地示出本發(fā)明的單變壓器設(shè)備的一個(gè)例子的方框圖。
圖42原理性地示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面所提出的單變壓器電源的一個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)電路圖。
圖43原理性地示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面所提出的單變壓器電源的一個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)電路圖。
圖44示出表示微控制器高速輸出定時(shí)的單變壓器設(shè)備起動(dòng)程序的詳細(xì)時(shí)序圖。
圖45示出一種抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器監(jiān)視器。
圖46示出一種讀出計(jì)數(shù)器監(jiān)視器。
圖47示出激光驅(qū)動(dòng)電流監(jiān)視器。
圖48示出溫度傳感器極限檢測(cè)。
圖49示出探測(cè)丟失的采樣脈沖的方法。
圖50示出偏置和單光束信號(hào)曲線、以說(shuō)明相移和偏置幅度。
圖51示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中所使用的采樣抖動(dòng)信號(hào)的采樣方法的圖形表示。
圖52示出基于微控制器的用來(lái)剝除RLG(環(huán)形激光陀螺)數(shù)字邏輯設(shè)備的抖動(dòng)的設(shè)備的原理性方框圖。
圖53示出本發(fā)明的一個(gè)例子中所采用的用來(lái)計(jì)算剝除陀螺角△θg的變化的方法和設(shè)備的功能圖。
圖54示出本發(fā)明的一個(gè)例子中所采用的用來(lái)計(jì)算抖動(dòng)剝除增益的方法和設(shè)備的功能圖。
圖55示出本發(fā)明所采用的用來(lái)測(cè)量相位誤差角的方法和設(shè)備的一個(gè)例子的功能圖。
圖56示出本發(fā)明的智能初始模式獲取方法的處理流程圖。圖57示出本發(fā)明的掃描方法的處理流程圖。
圖58示出本發(fā)明的計(jì)算每個(gè)模式的電壓的方法。
圖59示出本發(fā)明的模式跳變方法。
圖60示出說(shuō)明模式跳變時(shí)的LIM(激光強(qiáng)度監(jiān)視)信號(hào)的PLC(光路長(zhǎng)度控制)監(jiān)視器電壓模式圖。
圖61示出激光陀螺起動(dòng)時(shí)獲取一個(gè)模式的一種方法的處理流程圖。
圖62示出預(yù)測(cè)在激光陀螺的工作過(guò)程中該陀螺是否會(huì)超出某一模式的范圍的一種方法的處理流程圖。
圖63示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的模式移動(dòng)的處理流程圖。
優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明現(xiàn)在參見(jiàn)圖1B，那里示出利用了本發(fā)明的新特征的模塊式激光陀螺的一個(gè)實(shí)施例的方框圖。本發(fā)明將通過(guò)一些示范性的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明?？梢詮谋竟_(kāi)得益的熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們應(yīng)該把這里的各個(gè)例子看作是對(duì)本發(fā)明原理的說(shuō)明，而不是當(dāng)作一種限制。模塊式激光陀螺10有一個(gè)外殼17，其中含有一個(gè)微控制器100、一個(gè)模塊式激光陀螺模塊200、一個(gè)主動(dòng)電流控制設(shè)備300、一個(gè)抖動(dòng)發(fā)生放大器400、一個(gè)直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器500、一個(gè)光路長(zhǎng)度控制(PLC)裝置600、一個(gè)讀出器700、以及一個(gè)數(shù)字邏輯電路800。數(shù)字邏輯電路800最好包括一個(gè)按照周知的邏輯技術(shù)布局的門陣列寄存器。微控制器100還含有一個(gè)通信裝置，例如一個(gè)通用異步接收發(fā)送機(jī)(UART)202，它通過(guò)發(fā)送線204和接收線206和一個(gè)外部處理系統(tǒng)210通信。模塊式激光陀螺10還包括一個(gè)向激光模塊200和主動(dòng)電流控制器300供電的高壓起動(dòng)模塊350。控制器100可以是一個(gè)微處理器，或者是一個(gè)微控制器。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，微控制器100是一個(gè)INTEL(TM)(英特爾(商標(biāo)))80C196KC型微控制器。該微控制器可以購(gòu)買到，它含有至少2個(gè)計(jì)時(shí)器、一個(gè)真實(shí)時(shí)間時(shí)鐘、以及高速邏輯電路和內(nèi)容可訪問(wèn)存儲(chǔ)器(CAM)。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖2，那里示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的利用微控制器起動(dòng)模塊式激光陀螺的一種方法。模塊式激光陀螺10的起動(dòng)程序有三個(gè)階段，即(1)起動(dòng)激光抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器(2)起動(dòng)激光放電，(3)進(jìn)行光路長(zhǎng)度控制。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，抖動(dòng)、激光放電和光路長(zhǎng)度控制可以同時(shí)起動(dòng)。
在圖2所示的方法中，陀螺在處理步驟108中起動(dòng)。然后起動(dòng)程序在處理步驟110A中起動(dòng)抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。激光放電在處理步驟112A中起動(dòng)。然后在處理步驟114A中進(jìn)行光路長(zhǎng)度控制。如果所有上述系統(tǒng)都被起動(dòng)了，則在處理步驟116A中陀螺報(bào)告正常狀態(tài)。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，模塊激光陀螺的工作參數(shù)存儲(chǔ)在圖1B中所示的一個(gè)永久性存儲(chǔ)的查找表107中。本發(fā)明的每個(gè)起動(dòng)處理利用這些工作點(diǎn)來(lái)起動(dòng)處在最近的已知工作點(diǎn)上的陀螺10。利用最近已知工作點(diǎn)有助于陀螺的所有系統(tǒng)以最少的時(shí)間和即時(shí)的高水平性能起動(dòng)。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，如處理步驟118A所示，在成功地起動(dòng)了陀螺之后，設(shè)定高抖動(dòng)增益一分鐘。
在獲取PLC的步驟114A期間，可以標(biāo)定模塊式激光陀螺每個(gè)模式的電壓。這是一個(gè)任選的步驟，對(duì)此下面將有進(jìn)一步說(shuō)明。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖3A，那里詳細(xì)示出了圖1B所示模塊式激光陀螺的起動(dòng)處理程序。該處理從步驟201中的接通電源來(lái)開(kāi)始陀螺10的起動(dòng)。然后處理進(jìn)入步驟223，清除門陣列寄存器。然后進(jìn)入步驟204B，使主動(dòng)電流控制寄存器初始化。然后進(jìn)入步驟221，清除微控制器中的內(nèi)容可訪問(wèn)存儲(chǔ)器(CAM)，它用于抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)采樣和抖動(dòng)剝除器采樣。然后進(jìn)入步驟208A，使高速輸入邏輯電路初始化和使計(jì)時(shí)器1和2同步。高速輸入邏輯電路用來(lái)從系統(tǒng)控制器獲取采樣脈沖信號(hào)。采樣脈沖203用來(lái)使系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)陀螺同步。模塊式激光陀螺總是在采樣脈沖發(fā)生內(nèi)低到高的跳變時(shí)被觸發(fā)。
然后處理進(jìn)入步驟211A，以使永久性RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)和EEPROM(可電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)102初始化，后者含有各種初始化常數(shù)和模塊式激光陀螺的各種算法的運(yùn)行參數(shù)。然后處理進(jìn)入步驟212A，設(shè)定偏置漂移改進(jìn)電路的脈寬調(diào)制占空比為50％，以使偏置漂移信號(hào)失效。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖3B，該圖繼續(xù)說(shuō)明模塊式激光陀螺的初始化方法，處理進(jìn)入步驟214A，給激光驅(qū)動(dòng)器的電流設(shè)定存儲(chǔ)在EEPROM102中的值。然后初始化處理進(jìn)入步驟216B，通過(guò)在門陣列寄存器中設(shè)定一個(gè)激發(fā)比特位而激發(fā)激光器。然后進(jìn)入步驟218，使抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器初始化。然后進(jìn)入步驟220A，使真實(shí)時(shí)鐘初始化。然后進(jìn)入步驟222，使本發(fā)明的抖動(dòng)剝除方法中所使用的抖動(dòng)剝除變量初始化。然后處理進(jìn)入步驟224，使抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)變量初始化。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖3C，該圖繼續(xù)說(shuō)明模塊式激光陀螺的初始化方法。然后處理進(jìn)入步驟226、使UART的I/O(輸入/輸出接口)初始化，該接口用來(lái)和控制模塊式激光陀螺的外部處理系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。UART202以△-θ數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)的通信，并通過(guò)兩條雙向I/O線204和206進(jìn)行內(nèi)部檢測(cè)功能數(shù)據(jù)和指令狀態(tài)數(shù)據(jù)的通信。
然后處理進(jìn)入步驟228，使模塊式陀螺的狀態(tài)初始化為不正常狀態(tài)。然后處理進(jìn)入陀螺檢測(cè)。進(jìn)入步驟232，使周邊活動(dòng)服務(wù)器、DMA控制器、和包括通過(guò)UART的周邊活動(dòng)串行I/O的I/O的功能初始化，然后進(jìn)入步驟234，把EEPROM的數(shù)據(jù)讀出到微處理器120中的便箋式RAM中。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖3D，該圖繼續(xù)說(shuō)明模塊式激光陀螺的初始化處理，進(jìn)入步驟236，使優(yōu)先權(quán)排隊(duì)、轉(zhuǎn)換完成排隊(duì)、功能控制字和系統(tǒng)控制字節(jié)初始化。然后處理進(jìn)入步驟238，使本發(fā)明的兩個(gè)計(jì)時(shí)器HSI計(jì)時(shí)器1和抖動(dòng)剝除計(jì)時(shí)器2相同步。然后進(jìn)入步驟240，把高速中斷排隊(duì)清除為零。然后進(jìn)入步驟242，建立真實(shí)時(shí)鐘、發(fā)送接收機(jī)、高速輸入邏輯、高速輸出邏輯、和軟件中斷的中斷。然后進(jìn)入步驟244，等待一段預(yù)定的時(shí)間以使直接抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器初始化。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖3E，該圖繼續(xù)說(shuō)明陀螺的初始化處理，在步驟246中讀出A/D轉(zhuǎn)換器的2.50V參考電壓和在I/O接口7中設(shè)定復(fù)用的單個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器地址。然后處理進(jìn)入步驟248，起動(dòng)抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。然后進(jìn)入步驟250，激活獲取陀螺系統(tǒng)時(shí)鐘的定時(shí)信號(hào)的T2CAP(計(jì)時(shí)器2)的中斷，然后處理進(jìn)入步驟252，刷新UART。然后起動(dòng)處理進(jìn)入步驟254，檢驗(yàn)光路長(zhǎng)度控制器是否已被正常驅(qū)動(dòng)。進(jìn)入步驟256，檢驗(yàn)激光電流是否在預(yù)定范圍內(nèi)。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖3F，該圖繼續(xù)說(shuō)明起動(dòng)處理，在步驟258中起動(dòng)一個(gè)光路長(zhǎng)度控制鎖定程序。光路長(zhǎng)度控制鎖定程序根據(jù)PLC信號(hào)把反射鏡位置“鎖定”在一個(gè)選定的模式上。然后處理進(jìn)入步驟260，激活周邊活動(dòng)服務(wù)器。然后進(jìn)入步驟264，執(zhí)行內(nèi)部的檢驗(yàn)功能，并且當(dāng)所有檢驗(yàn)都通過(guò)時(shí)則在步驟266中把陀螺狀態(tài)設(shè)定在正常狀態(tài)上。初始化處理結(jié)束于步驟268。主動(dòng)電流控制現(xiàn)在參見(jiàn)圖4，那里示出主動(dòng)電流控制設(shè)備的一個(gè)例子的更詳細(xì)的電路圖。陀螺模塊200被畫成為一個(gè)有兩個(gè)陽(yáng)極210A、210B和一個(gè)陰極203的三角形模塊，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們應(yīng)理解到，模塊式激光陀螺模塊也可以有其他多邊形形狀，例如矩形形狀。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在不偏離本發(fā)明范疇的情形下，模塊式激光陀螺中也可以使用包括陽(yáng)極和陰極的各種電極組合和電極數(shù)目。
本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的模塊式激光陀螺含有一個(gè)主動(dòng)電流控制設(shè)備。在本例子中該主動(dòng)電流控制設(shè)備300含有第一、第二、第三和第四放大器344、332、324、326，第一和第二輸出晶體管311、316，第一和第二場(chǎng)效應(yīng)管(FET)320、1323，DC/DC轉(zhuǎn)換器328，以及高壓起動(dòng)電路350。主動(dòng)電流控制設(shè)備300與微控制器100和模塊式激光陀螺模塊200相連接。
第四放大器326在其反相輸入端處連接有一個(gè)增益電阻348。該反相輸入端上還連接有4個(gè)輸入電阻370、372、374和376?？刂破?00工作時(shí)向4個(gè)輸入電阻提供一個(gè)數(shù)字控制信號(hào)。第四放大器326本質(zhì)上起著一個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的作用，其中4個(gè)輸入電阻對(duì)應(yīng)著4個(gè)比特的輸入，其中第一輸入電阻370是最高位，第四輸入電阻376是最低位。第四放大器把來(lái)自控制器100的數(shù)字控制輸入轉(zhuǎn)換成一個(gè)與之成正比的模擬信號(hào)，并通過(guò)電阻378把它施加給節(jié)點(diǎn)Vcontrol(V控制)。這樣，主動(dòng)電流控制器300可以在節(jié)點(diǎn)Vcontrol處以4比特的精度范圍受到控制，這對(duì)應(yīng)于Vcontrol的5V到10V的擺動(dòng)。
Vcontrol被進(jìn)一步耦合給第一和第二放大器344、332的正相端。第一和第二放大器344和332分別驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管320和1323，后者又控制晶體管311和316，電流就是通過(guò)這兩個(gè)晶體管分別流向陀螺模塊200上的陽(yáng)極210A和210B的。第一和第二放大器以及它們的相關(guān)元件可以看成是主動(dòng)電流控制器的兩個(gè)“臂”。例如第一放大器344的輸出連接到場(chǎng)效應(yīng)管(FET)320的門控極上，F(xiàn)ET320最好是一個(gè)閾值從約-2V到約-4V的DMODE FET或者與其等價(jià)的器件。FET320控制高頻晶體管311的基極驅(qū)動(dòng)。反饋線339向第一電流控制放大器344提供負(fù)反饋。FET320的源極連接在反饋線339上。FET320的漏極連接在第一輸出晶體管311的基極上。第一輸出晶體管311的發(fā)射極連接在反饋線339上，并通過(guò)電阻318連接在電容396的第一端點(diǎn)。電容396的第二端點(diǎn)連接在節(jié)點(diǎn)Vcontrol上。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電容396當(dāng)充滿電時(shí)在其第一端點(diǎn)上保持有約+10V的名義電位。第一輸出晶體管311的集電極322通過(guò)電阻390連接在二極管313的正極上。二極管313和330是額定電壓例如約5000V的高壓二極管，用來(lái)在起動(dòng)模塊式激光陀螺時(shí)保護(hù)該主動(dòng)電流控制電路。輸出三極管311的基極連接在FET320的源極和電阻399上。電阻399還連接在二極管313的正極上。二極管313的負(fù)極通過(guò)電阻397連接在陽(yáng)極210B上。第二放大器332及其相關(guān)的元件以類似的方式布置，這些相關(guān)元件是FET1323、第二輸出晶體管316、電阻元件391、393、394、395、398、342，以及其負(fù)極連接在第二陽(yáng)極210A上的第二極管330。第一放大器344構(gòu)成了驅(qū)動(dòng)電路的第一臂，第二放大器332及其相關(guān)元件構(gòu)成了電路的第二臂。兩條臂以相似的方式工作，向模塊式激光陀螺提供基本相同的電流。第一和第二放大器344和332最好是帶寬小于約1MHz的運(yùn)算放大器，例如LM2902型運(yùn)算放大器。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中第一和第二晶體管的基極和集電極之間最好有10V的反向偏置。反向偏置可減小基極和集電極之間的等效電容，從而改善晶體管的高頻響應(yīng)。
雖然是任選的，但最好能加上一個(gè)第三放大器324，以提供一個(gè)代表模塊式激光陀螺的兩個(gè)臂的電流之和的輸出信號(hào)329。該電流之和標(biāo)為“I Total(總電流)”。第三放大器324的反向輸入端通過(guò)電阻380與反饋線339連接，并通過(guò)電阻382與反饋349連接。
在該例子中，模塊式激光陀螺的陰極203借助于DC/DC變換器328保持一個(gè)恒定的電壓，例如約在-425V至-460V的范圍內(nèi)。工作時(shí)，DC/DC轉(zhuǎn)換器328把來(lái)自一個(gè)外部電源的約+15V的輸入電壓轉(zhuǎn)換成一個(gè)輸出電源，其名義值例如在約-450V至-490V的范圍內(nèi)。
在主動(dòng)電流控制的這個(gè)例子中還可以任選地加上內(nèi)含的檢測(cè)線BIT1和BIT2。BIT1和BIT2分別與控制器100的第一和第二模數(shù)輸入端101A和103相耦合。BIT1和BIT2向控制器100提供檢測(cè)信號(hào)，以讓后者判斷該主動(dòng)電流控制器是否處在正常工作范圍內(nèi)，運(yùn)算放大器344、332是否鎖定在電源的高限或低限上。這里，這兩個(gè)極限也分別叫做正軌和負(fù)軌。
為了使主動(dòng)電流控制正常工作，重要的是要仔細(xì)地選取兩個(gè)電流提供臂輸出端處的電阻。對(duì)于第一臂，電阻390、399和397必須按照后述的公式來(lái)選取。類似地，在選擇主動(dòng)電流控制器的第二臂的電阻395、394和398時(shí)也必需仔細(xì)。例如，在第一臂中，電阻390和399的選取必須使得晶體管311集電極上的電壓在模塊式激光陀螺的工作電流范圍內(nèi)保持比較恒定。在一個(gè)例子中，所提供的電流大約在每條臂0.15mA到1mA的范圍內(nèi)。這個(gè)限制是根據(jù)氣體放電的阻抗特性和電源的電流限制而確定的。
這里必須指出，本發(fā)明的主動(dòng)電流控制利用了模塊式激光陀螺管內(nèi)固有的負(fù)阻特性。也就是說(shuō)，隨著陀螺要求的電流增大，陽(yáng)極和陰極之間的電壓就減小。本發(fā)明對(duì)R1和R2比值的選取使得當(dāng)模塊式激光陀螺管所要求的電流增大時(shí)，通過(guò)R2的基極驅(qū)動(dòng)電流也增大。電阻R1和R3是根據(jù)使最大電流下的晶體管311中的功耗最小來(lái)特別選取的。
本發(fā)明的主動(dòng)電流控制設(shè)備可以用固定的Vc，也可以用可變的Vc，以減小功耗。采用固定Vc并加上R1、R2、R3的恰當(dāng)選擇，可以形成低β下的工作。電流和電壓關(guān)系的負(fù)阻特性被作為優(yōu)點(diǎn)利用來(lái)增大大電流下的基極驅(qū)動(dòng)電流。光路長(zhǎng)度控制現(xiàn)在參見(jiàn)圖5，該圖示出用來(lái)控制本發(fā)明的光路長(zhǎng)度換能器的本發(fā)明設(shè)備。本發(fā)明設(shè)備控制用于激光器模塊200的反射鏡A和B的光路長(zhǎng)度調(diào)節(jié)器。激光器模塊含有一些傳感器，其中包括一個(gè)溫度傳感器33，它向溫度傳感放大器58提供一個(gè)溫度信號(hào)，放大后的溫度信號(hào)31被提供給同一模塊上的A/D轉(zhuǎn)換器110。
激光器模塊200還有一個(gè)光電二極管56，由它探測(cè)的功率探測(cè)信號(hào)57被提供給DC(直流)放大器68，后者再提供激光強(qiáng)度監(jiān)視(LIM)信號(hào)20A。陀螺模塊200的反射鏡A和B的調(diào)節(jié)器13、15提供了實(shí)現(xiàn)光路長(zhǎng)度控制的主要手段。當(dāng)激光光路被光路長(zhǎng)度控制調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)時(shí)，激光強(qiáng)度監(jiān)視信號(hào)20可能要改變。本發(fā)明提供一些元件，以幫助把激光強(qiáng)度監(jiān)視信號(hào)處理成一組有用的信號(hào)，其中包括激光強(qiáng)度監(jiān)視(LIM)信號(hào)20、光路長(zhǎng)度控制監(jiān)視信號(hào)(PLCMON)32和單束(光)信號(hào)(SBS)36。
AC(交流)放大器50接收激光強(qiáng)度監(jiān)視信號(hào)20的AC分量。AC放大器50的輸出被提供給同步解調(diào)器52，后者又向積分器54提供一個(gè)信號(hào)，積分器54產(chǎn)生光路長(zhǎng)度控制監(jiān)視信號(hào)PLCMON32。AC放大器50的輸出還通過(guò)交流耦合提供給峰值探測(cè)器66，后者給出單束信號(hào)36。AC放大器50還有另一個(gè)輸入，它是與開(kāi)關(guān)信號(hào)124相同步的掃描信號(hào)122。同步解調(diào)器52還提供了一種方法，利用該方法，從激光強(qiáng)度監(jiān)視器到光路長(zhǎng)度控制監(jiān)視器的閉環(huán)光路可以用來(lái)調(diào)節(jié)光路長(zhǎng)度。
圖5所示的總體電路圖說(shuō)明了本設(shè)備控制光路長(zhǎng)度的一個(gè)例子。同步解調(diào)器提供了一種控制光路長(zhǎng)度反射鏡的途徑，該途徑的方式是光路長(zhǎng)度控制調(diào)節(jié)器連續(xù)地尋找激光模式的峰值。偏置漂移的改進(jìn)圖6示出了反射鏡A13的使用情況，該反射鏡的運(yùn)動(dòng)使得激光束的光路長(zhǎng)度對(duì)兩個(gè)激光波長(zhǎng)向增大方向變動(dòng)。圖6也示出了反射鏡B15的使用情況，該反射鏡的運(yùn)動(dòng)使得激光束的光路長(zhǎng)度對(duì)兩個(gè)激光波長(zhǎng)是向減小的變動(dòng)。水平軸X代表時(shí)間。垂直軸Y901代表BDI(偏置漂移改進(jìn))控制電壓。在所有的時(shí)間點(diǎn)上兩個(gè)反射鏡的反方向移動(dòng)方式造成光路長(zhǎng)度沒(méi)有凈變化。一旦兩個(gè)反射鏡達(dá)到了它們的運(yùn)動(dòng)范圍的邊界，它們就按與原來(lái)方向相反的方向運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明的偏置漂移誤差補(bǔ)償模式期間，這種運(yùn)動(dòng)連續(xù)不斷地重復(fù)。
一個(gè)完整的BDI循環(huán)925在一個(gè)時(shí)間周期920上完成，該周期的典型長(zhǎng)度為1秒到10秒。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中該時(shí)間周期920可以達(dá)到約10分鐘。驅(qū)動(dòng)反射鏡B15的BDI電壓180從時(shí)刻914的平均值915開(kāi)始，依次地變?yōu)闀r(shí)刻906的高正值904、時(shí)刻908的平均值，時(shí)刻910的高勻值902、然后在時(shí)刻912回到平均值。驅(qū)動(dòng)反射鏡A的BDI電壓182從時(shí)刻914的平均值915開(kāi)始，依次地變?yōu)闀r(shí)刻906的高負(fù)值902、時(shí)刻908的平均值、時(shí)刻910的高正值904、然后在時(shí)刻912回到平均值。用這種方式來(lái)驅(qū)動(dòng)BDI控制電壓180和182使光路長(zhǎng)度控制反射鏡在整個(gè)BDI循環(huán)中的運(yùn)動(dòng)不會(huì)改變光路的長(zhǎng)度，同時(shí)還不會(huì)影響模塊式激光聹螺提供精確陀螺響應(yīng)的能力。內(nèi)部檢測(cè)圖7示出用來(lái)使模塊式激光陀螺的微控制器100和一個(gè)外部處理系統(tǒng)210相通信的本發(fā)明設(shè)備的一個(gè)例子的硬件圖。模塊式激光陀螺微控制器100含有一個(gè)微處理器120。微處理器120含有一個(gè)被周邊活動(dòng)系統(tǒng)205A所控制的高速UART202。UART202通過(guò)發(fā)送線206和接收線204與外部處理系統(tǒng)210通信。線206通過(guò)一個(gè)串行/并行轉(zhuǎn)換器213A連接在外部處理系統(tǒng)210上。串行/并行轉(zhuǎn)換器213A通過(guò)線218A向一個(gè)5字節(jié)的FIFO(先進(jìn)先出)寄存器217提供信息。該5字節(jié)的FIFO217與處理器接口邏輯電路215B通信，后者向外部系統(tǒng)微處理器225提供信息，以作進(jìn)一步處理。接口邏輯電路215B把來(lái)自外部系統(tǒng)微處理器225的指令通過(guò)串行接口線1222提供給一個(gè)單字節(jié)并行/串行轉(zhuǎn)換器209。單字節(jié)并行/串行轉(zhuǎn)換器209通過(guò)接收線204向模塊式激光陀螺微處理器120提供信息。
圖7的設(shè)備提供了一種高速串行數(shù)據(jù)的通信方法，即使串行數(shù)據(jù)在串行/并行轉(zhuǎn)換器213A中排隊(duì)，后者把高速的接口數(shù)據(jù)提供給5字節(jié)的FIFO217，這樣的速度是外部系統(tǒng)微處理器225可以接受的。圖7的設(shè)備提供了一種雙向通信手段，由此信息可在兩個(gè)處理器120和225之間以十分高的數(shù)據(jù)率傳送。
該微處理器控制的構(gòu)形和模塊式激光陀螺10的控制是通過(guò)一個(gè)指令組的通信來(lái)完成的。這些指令一般定義成4種類型。模塊式激光陀螺的4種指令類型是第一，參數(shù)安裝指令；第二，陀螺控制指令；第三，陀螺狀態(tài)指令；以及第四，陀螺定標(biāo)和診斷指令。
參數(shù)安裝指令提供把常數(shù)安裝到微處理器的EEPROM102中去的手段。參數(shù)安裝指令又可以有兩種形式。第一種形式是單字指令，第二種形式是雙字指令。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)字被定義為一個(gè)16比特的不帶正負(fù)號(hào)的量。
陀螺控制指令是那些設(shè)定陀螺工作參數(shù)、改變陀螺抖動(dòng)角、或者寫入?yún)?shù)檢驗(yàn)和的指令。對(duì)于陀螺的各種工作狀態(tài)有不同的比特?cái)?shù)。設(shè)定陀螺工作參數(shù)的指令代碼是30H。指令的比特位0選擇恒定電流或恒定功率運(yùn)行。比特位1用來(lái)重新起動(dòng)系統(tǒng)。比特位2用來(lái)接通或切斷陀螺的補(bǔ)償。比特位3用來(lái)接通或切斷陀螺的噪聲。
陀螺控制指令組中的下一個(gè)指令是改變陀螺抖動(dòng)角指令。該指令使抖動(dòng)角改變成指令中第一個(gè)參數(shù)字所指定的值。該指令的指令代碼是31H。
陀螺控制指令組中的下一個(gè)指令是寫入?yún)?shù)的檢驗(yàn)和指令。該指令產(chǎn)生關(guān)于EEPROM102中當(dāng)前參數(shù)的整體檢驗(yàn)和，并把這個(gè)值存儲(chǔ)到EEPROM102中。該檢驗(yàn)和用來(lái)判斷EEPROM102是否安裝了正確的信息或所期望的信息。
陀螺讀出狀態(tài)指令使得可以在串行輸出數(shù)據(jù)口206上監(jiān)視陀螺系統(tǒng)的功能。這些指令從地址40H開(kāi)始。第一讀出狀態(tài)指令從陀螺10返回當(dāng)前控制環(huán)電流。該信息以微安為單位返回。讀出溫度指令以開(kāi)爾文度為單位返回當(dāng)前的陀螺溫度。讀出強(qiáng)度監(jiān)視(RIM)指令返回當(dāng)前的RIM信號(hào)大小。讀出工作小時(shí)指令返回最接近于陀螺10已經(jīng)工作的時(shí)間的小時(shí)數(shù)。讀出失效時(shí)間指令返回離開(kāi)陀螺可能失效還剩下多少時(shí)間的小時(shí)數(shù)。定標(biāo)指令讀出陀螺的定標(biāo)常數(shù)。最后的指令是進(jìn)入定標(biāo)或診斷模式指令，它們是那些使陀螺能自我定標(biāo)或診斷可能存在的問(wèn)題的指令。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖8，那里示出了202中的微控制器100的UART的UART輸出指令緩存器的結(jié)構(gòu)。當(dāng)從微控制器100向外部系統(tǒng)微處理器225發(fā)送信息時(shí)，該信息以被叫做一個(gè)幀的5字節(jié)結(jié)構(gòu)發(fā)送。輸出幀230包括一個(gè)指令標(biāo)記233、一個(gè)第一△-θ字節(jié)235、一個(gè)第二△-θ字節(jié)237、一個(gè)第一狀態(tài)字節(jié)239、和一個(gè)第二狀態(tài)字節(jié)241。狀態(tài)標(biāo)記233代表模塊式激光陀螺系統(tǒng)狀態(tài)標(biāo)記所發(fā)送的狀態(tài)數(shù)據(jù)類型。狀態(tài)數(shù)據(jù)包括例如這樣一些信息補(bǔ)償系數(shù)、光路長(zhǎng)度控制電壓大小、模塊式激光陀螺溫度，以及最后一次發(fā)送的指令的執(zhí)行狀態(tài)?！?θ字節(jié)235和237是模塊式激光陀螺10的抖動(dòng)剝除的補(bǔ)償慣性導(dǎo)航度量。第一和第二狀態(tài)字節(jié)239和241是由指令所造成的信息。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，串行輸出數(shù)據(jù)字的格式是異步的，長(zhǎng)度為100比特。數(shù)據(jù)格式是一個(gè)開(kāi)始比特，一個(gè)結(jié)束比特和8個(gè)數(shù)據(jù)比特。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，最大的時(shí)鐘頻率是12MHz，相當(dāng)于750千波特的通信率。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖9，那里示出了本發(fā)明的MLG(模塊式激光陀螺)的輸入幀格式。輸入幀242A由一些單元組成。第一個(gè)單元是類似于輸出幀230的指令標(biāo)記。指令標(biāo)記244C提供一個(gè)有效旗標(biāo)，用來(lái)證實(shí)對(duì)MLG的微處理器120的寫入指令。EEPROM地址246A和248A含有要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在EEPROM102中的位置。數(shù)據(jù)字節(jié)1和數(shù)據(jù)字節(jié)2,250A和252A提供要存儲(chǔ)到EEPROM102的EEPROM地址246和248A中去的實(shí)際數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)以預(yù)定的更新速率連續(xù)地從陀螺10通過(guò)輸出通道輸送到外部處理系統(tǒng)210中。這種傳輸把慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)從微處理器120提供給外部處理系統(tǒng)210，這些數(shù)據(jù)是當(dāng)前的，也可以包括有編碼在狀態(tài)字節(jié)中的其他信息。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖13，那里示出了利用與這里所說(shuō)明的本發(fā)明的MLG10相通信的一個(gè)外部系統(tǒng)210C的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)構(gòu)形中，MLG10的系統(tǒng)級(jí)的控制利用來(lái)自控制系統(tǒng)210C的相互作用指令來(lái)完成。控制系統(tǒng)210C最好包括一個(gè)基于微處理器的計(jì)算機(jī)，例如一個(gè)個(gè)人計(jì)算機(jī)。該系統(tǒng)210C通過(guò)顯示屏207向操作人員顯示信息。MLG系統(tǒng)10的工作參數(shù)在該屏207上顯示出來(lái)。用戶操作控制計(jì)算機(jī)210C的鍵盤207K。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們應(yīng)能認(rèn)識(shí)到，陀螺10的工作參數(shù)可以存儲(chǔ)在一個(gè)可卸式媒體軟盤207E中。陀螺10的操作可以通過(guò)包括基于窗口的系統(tǒng)或其他交互系統(tǒng)在內(nèi)的一些用戶界面而自動(dòng)進(jìn)行。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們應(yīng)能理解，可以在外部系統(tǒng)210C中安裝批檢測(cè)指令，用來(lái)以長(zhǎng)時(shí)間的周期來(lái)周期性地監(jiān)視MLG系統(tǒng)10的性能。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖10，那里示出了本發(fā)明的一種方法，用來(lái)在MLG10的外部處理系統(tǒng)210和系統(tǒng)微控制器100之間進(jìn)行通信。外部處理系統(tǒng)210也還可以包括一個(gè)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)或者一個(gè)MLG檢測(cè)系統(tǒng)。外部處理系統(tǒng)210負(fù)責(zé)在步驟822中把一個(gè)指令安裝到輸出幀指令緩存器230中。圖8較完整地示出該指令的結(jié)構(gòu)。該指令通過(guò)接收線204通信。作為微處理器120的一個(gè)部分的周邊活動(dòng)系統(tǒng)服務(wù)器205A設(shè)定一個(gè)“指令緩存器滿”旗標(biāo)。UART202在步驟824中設(shè)定該指令緩存器滿旗標(biāo)，并產(chǎn)生一個(gè)中斷。然后圖10的處理進(jìn)入監(jiān)視控制環(huán)392，并在步驟826中檢查指令緩存器是否已充滿。如果指令緩存器沒(méi)有充滿，則處理進(jìn)入步驟832，繼續(xù)執(zhí)行監(jiān)視控制環(huán)。如果指令緩存器230已充滿，則處理進(jìn)入步驟828，對(duì)指令解碼，并在步驟830中執(zhí)行步驟828所解碼的指令。然后處理進(jìn)入步驟832，對(duì)陀螺進(jìn)行監(jiān)視。然后處理進(jìn)入步驟826，檢查“指令緩存器滿”旗標(biāo)，如此重復(fù)下去。
MLG為了實(shí)現(xiàn)許多功能而與外部處理系統(tǒng)210通信，其中包括報(bào)告自我檢測(cè)活動(dòng)。如圖11所示，MLG含有一個(gè)內(nèi)部的檢測(cè)設(shè)備狀態(tài)寄存器或BITE寄存器334，該寄存器報(bào)告內(nèi)部檢測(cè)功能的狀態(tài)，包括周期性執(zhí)行的自我檢測(cè)功能的狀態(tài)。這些周期性的內(nèi)部檢測(cè)功能叫做循環(huán)BIT功能。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖11，它示出了內(nèi)部檢測(cè)設(shè)備狀態(tài)寄存器334。BITE寄存器334的每一個(gè)比特都有一個(gè)特定的意義。BITE寄存器334的比特位1代表抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的正常與否。BITE寄存器334的比特位1代表讀出計(jì)數(shù)器的正常與否。BITE寄存器334的比特位2代表MLG第一臂的激光驅(qū)動(dòng)電流的正常與否。BITE寄存器334的比特位3代表第二臂激光驅(qū)動(dòng)電流的正常與否。BITE寄存器334的比特位4代表溫度傳感器在檢測(cè)高溫限時(shí)的正常與否。BITE寄存器334的比特位5代表溫度傳感器在檢測(cè)低溫限時(shí)的正常與否。BITE寄存器334的比特位6代表存在有一個(gè)給MLG10的采樣脈沖。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們可以理解，還可以檢測(cè)MLG10的其他特性，它們的情況是否正常將由BITE寄存器中的省略號(hào)“…”337位置處的比特位來(lái)報(bào)告。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖12，那里示出了本發(fā)明用來(lái)使外部系統(tǒng)微處理器225與MLG10為了高速的檢測(cè)而通信的方法。圖12的高速檢測(cè)通信方法從步驟836開(kāi)始，在那里向MLG發(fā)送一個(gè)指令。圖12的處理分三個(gè)階段進(jìn)行。第一階段是向陀螺發(fā)送指令的階段860。第二階段是結(jié)果有效性檢查階段862。第三階段是結(jié)果接受階段864。處理從步驟836進(jìn)入步驟838，檢查UART串行轉(zhuǎn)換器發(fā)送緩存器209是否是空的。如果該緩存器209不是空的，則處理將重復(fù)進(jìn)行，直到該緩存器209是空的，這時(shí)處理進(jìn)入步驟840。在步驟840中，發(fā)送指令的下一個(gè)字節(jié)。然后處理進(jìn)入步驟842，以檢查這是否是指令的最后一個(gè)字節(jié)。如果不是指令的最后一個(gè)字節(jié)，則處理返回到步驟838，以發(fā)送另一個(gè)字節(jié)。如果是指令的最后一個(gè)字節(jié)，則處理進(jìn)入步驟844，以等待模塊式陀螺的響應(yīng)。這涉及到圖7中設(shè)定的FIFO217是否充滿。如果沒(méi)有充滿，則返回到步驟844，以等待模塊式陀螺關(guān)于已充滿的回答。如果FIFO217是滿的，則檢查指令標(biāo)記是否是有效狀態(tài)。如果該狀態(tài)是無(wú)效的則處理進(jìn)入步驟844以等待模塊式陀螺的再次回答。如果指令標(biāo)記244C的狀態(tài)是有效的，則處理進(jìn)入步驟848以檢查FIFO是否充滿。如果FIFO217沒(méi)有充滿則處理返回步驟848以等待它充滿。然后處理進(jìn)入步驟850以解釋指令。如圖中的方框854所示，這時(shí)MLG具有重新接受一個(gè)新指令的能力。在該情形下處理返回到步驟836，外部系統(tǒng)微處理器225向陀螺發(fā)送另一個(gè)指令。當(dāng)指令被解釋之后，于步驟852中處理結(jié)束。每個(gè)模式的電壓的計(jì)算現(xiàn)在參見(jiàn)圖14，那里示出了本發(fā)明方法的一個(gè)流程圖，該方法用來(lái)計(jì)算MLG的每個(gè)模式的電壓，它是一個(gè)導(dǎo)出的壽命估計(jì)參數(shù)。下面說(shuō)明獲取一個(gè)模式和掃描MLG光路長(zhǎng)度控制器的方法以及計(jì)算每個(gè)模式的電壓的兩個(gè)重要功能。
MLG10的工作模式與溫度有關(guān)。圖15說(shuō)明陀螺模式中的溫度起伏。圖15示出了光路長(zhǎng)度控制監(jiān)視電壓PLCMON32與溫度的依賴關(guān)系。LIM的一個(gè)局部峰值或極大值被定義為一個(gè)模式，它作為PLC監(jiān)視電壓與溫度的函數(shù)關(guān)系的一個(gè)參數(shù)。水平軸482代表溫度，溫度向右側(cè)逐漸增大。垂直軸480代表PLC監(jiān)視電壓32，該電壓向圖的上方逐漸增大。
圖15示出了本發(fā)明的MLG的一個(gè)實(shí)施例的7個(gè)模式G到A，分別由代號(hào)490到496表示。圖15還示出了MLG的兩個(gè)工作點(diǎn)497和498。從圖15可以看出，當(dāng)MLG的溫度變化時(shí)每個(gè)模式的工作點(diǎn)也發(fā)生變化。直線481和483說(shuō)明溫度從T1增大到T2時(shí)的后果。直線481和483與多條模式曲線相交，分別給出了T1和T2溫度下MLG的幾個(gè)工作模式。點(diǎn)497和498示出了溫度變化對(duì)模式電壓的影響。假定MLG10工作于模式D，或者叫做初始模式的工作點(diǎn)298上。
當(dāng)工作于溫度T1時(shí)，圖15示出光路長(zhǎng)度控制監(jiān)視電壓PLCMON32是軸480上的V1。當(dāng)MLG的溫度從T1改變成T2時(shí)，PLCMON32電壓從V1變成V2，使陀螺的工作點(diǎn)變成對(duì)應(yīng)于PCLMON32電壓V2的工作點(diǎn)498。當(dāng)PLCMON32電壓從其最小電壓479擺動(dòng)到其最大電壓478時(shí)，在任何一個(gè)給定的溫度下可能得到的模式也發(fā)生變化，結(jié)果并不是在每個(gè)溫度下都可以得到所有的模式。因此，當(dāng)溫度改變時(shí)可能產(chǎn)生模式跳變的需要。后面將參考圖56詳細(xì)地討論模式跳變。
現(xiàn)在重新參考圖14，計(jì)算每個(gè)模式的電壓的處理從步驟220C開(kāi)始，其中測(cè)量光路長(zhǎng)度控制監(jiān)視電壓Vprimary(V初始)。然后處理進(jìn)入步驟222A，計(jì)算目的模式的VPLCNEW。然后處理進(jìn)入步驟224B，使MLG掃到VPLCNEW電壓。然后進(jìn)入步驟226A，其中本方法所指的電壓是如下定義的。VP是初始模式下的光路長(zhǎng)度控制電壓。VP+1是比初始模式高一個(gè)模式下的光路長(zhǎng)度控制電壓。VP-1是比初始模式低一個(gè)模式下的光路長(zhǎng)度控制電壓。步驟222A計(jì)算高一級(jí)的目的模式電壓VP+1。步驟226A中測(cè)量準(zhǔn)確的VP+1電壓。在這個(gè)每個(gè)模式的電壓的計(jì)算中，MLG的每個(gè)模式的電壓將對(duì)正方向和負(fù)方向都進(jìn)行計(jì)算。正的每個(gè)模式的電壓叫做VPM+，負(fù)的每個(gè)模式的電壓叫做VPM-。然后處理進(jìn)入步驟228A，其中計(jì)算正方向的每個(gè)模式的電壓，它等于比初始模式高一級(jí)的模式的電壓VP+1減去初始模式電壓VP。然后處理進(jìn)入步驟1230，其中計(jì)算負(fù)方向的新電壓值VPLCNEW。然后處理步驟1232，其中按照后面要討論的方法使PLC調(diào)節(jié)器掃到VPLCNEW。
然后處理進(jìn)入步驟234A，其中計(jì)算負(fù)方向的每個(gè)模式的電壓，它等于PLCMON的初始電壓減去新的負(fù)方向電壓VP-1。在步驟236A中，計(jì)算新的常數(shù)K1，它等于負(fù)方向和正方向的每個(gè)模式的電壓的絕對(duì)值的和除以2×(1＋K2T)。然后處理進(jìn)入步驟238A，在那里把新的K1(伏特/模式)存儲(chǔ)在EEPROM102中。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，MLG的微處理器控制器還含有一個(gè)個(gè)性存儲(chǔ)模塊，它可以是在第二個(gè)EEPROM或永久性存儲(chǔ)器中。該永久性存儲(chǔ)器的個(gè)性存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)有陀螺的某些工作特性，例如陀螺的光路長(zhǎng)度控制反射鏡位置和其他的工作特性。個(gè)性存儲(chǔ)模塊還存儲(chǔ)有特定系統(tǒng)的信息，該信息可以隨系統(tǒng)的不同而不同。這個(gè)特定系統(tǒng)信息是在制作過(guò)程中確定的。這些產(chǎn)生的特性可以由外部系統(tǒng)210利用本發(fā)明的通信設(shè)備來(lái)讀出或更新。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖5和17，在主動(dòng)電流設(shè)備中還含有高壓起動(dòng)電路350，該電路通過(guò)線1337和電阻398、383、397與MLG10的陽(yáng)極210A和210B相連接。圖16的電路在MLG10的起動(dòng)模式時(shí)使用。在本例子中，控制器100向線335提供一個(gè)頻率的60KHz、占空比為10％的0/5伏方波，該方波被輸入給高壓起動(dòng)電路350。高壓起動(dòng)電路350包括一個(gè)280V的脈沖發(fā)生器352和一個(gè)倍壓(電壓倍增)電路354。脈沖發(fā)生器352用來(lái)把線335上的輸入電壓方波VIN提升到由圖17A所示波形335WF所表示的280V信號(hào)。輸出線353A上的峰峰值為280V的信號(hào)也是一個(gè)60KHz的信號(hào)，其占空比為50％，它被輸送給倍壓電路354。然后倍壓電路354輸出一個(gè)約2500V的高直流電壓。280VAC的輸出波形353WF示于圖17B。
高壓電源334(名義值為+320VDC)、高壓脈沖發(fā)生器352、和倍壓電路354全都放置在陀螺外殼17內(nèi)。這樣就不再需要外部的高壓電源，從而免除了外部高壓供電電纜和高壓密封。高壓脈沖發(fā)生器352把5V的脈沖放大成280V的脈沖。然后2809VAC的脈沖被一個(gè)并聯(lián)式10倍壓倍增器放大和整流。圖18較詳細(xì)地示出了該倍壓電路354。倍壓電路354提供起動(dòng)陀螺10所需的最少2500V的電壓。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖18，其中示出了倍壓電路354的詳細(xì)電原理圖，它含有兩個(gè)高壓保護(hù)二極管CR1和CR2，用來(lái)在起動(dòng)時(shí)保護(hù)主動(dòng)電流電路，還含有兩個(gè)小鎮(zhèn)流電阻210F和210G。以往技術(shù)使用了大的鎮(zhèn)流電阻(1MΩ)，它消耗了較大量的功率。一個(gè)并聯(lián)式十倍壓倍增器715用來(lái)在輸出線721上給出至少2500VDC的電壓。陀螺的起動(dòng)電流是每臂2500VDC/100MΩ＝25mA。并聯(lián)式倍壓器715比串聯(lián)式倍壓器有較大的電流驅(qū)動(dòng)能力。該并聯(lián)式十倍壓倍增器712含有20個(gè)二極管和20個(gè)電容。D1至D20只需要有兩倍于輸入峰峰電壓的反向擊穿特性。電容C1至C20的耐壓要求從280V逐漸增加到2800V。C1至C20的電容量各自都是35pF。激光器陽(yáng)極A5210A和激光器陽(yáng)極B5210B的電容最好小于2pF。直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)現(xiàn)在參見(jiàn)圖1B，它示出了使用直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)的本發(fā)明模塊式陀螺。本發(fā)明的直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)在一個(gè)實(shí)施例中是用微控制器作為控制器100來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，它包括抖動(dòng)發(fā)生器244A、抖動(dòng)發(fā)生放大電路400、A/D轉(zhuǎn)換器110、控制器100、PWM1(脈寬調(diào)制器1)115、輸出線501B、直接抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器500和抖動(dòng)電機(jī)244B。A/D轉(zhuǎn)換器110可以集成到控制器中，它最好是一個(gè)10比特的A/D轉(zhuǎn)換器。該10比特A/D轉(zhuǎn)換器為后面要更詳細(xì)地討論的抖動(dòng)剝除方法和設(shè)備提供了10比特的精度?？刂破?00也最好含有一個(gè)微處理器120。控制器100具有一個(gè)帶有硬件周邊支持的處理器120芯片，它能提供高度可靠，成本有效、和高度集成的控制功能。
簡(jiǎn)單地說(shuō)明，在工作時(shí)，由發(fā)生器電壓245A所代表的RLG模塊位置首先被抖動(dòng)發(fā)生放大器400放大。放大的抖動(dòng)發(fā)生信號(hào)501A被輸送給A/D轉(zhuǎn)換器110和一個(gè)比較器(未示出)，接著后者產(chǎn)生一個(gè)方波501C，輸送給單穩(wěn)電路810，以限制中斷的最大頻率。單穩(wěn)電路810以大約1000Hz的頻率周期性地復(fù)原。單穩(wěn)電路的輸出在正邊緣過(guò)零點(diǎn)處使控制器中斷。抖動(dòng)發(fā)生和驅(qū)動(dòng)的方法更詳細(xì)地示于圖25A、25B、25C和25D。微處理器根據(jù)激光器模塊位置的過(guò)零點(diǎn)來(lái)計(jì)算抖動(dòng)周期和預(yù)測(cè)采樣時(shí)間。然后如圖23所較詳細(xì)地示出的抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)波形在抖動(dòng)信號(hào)正弦波的負(fù)峰值點(diǎn)和正峰值點(diǎn)被A/D轉(zhuǎn)換器110采樣。該采樣處理還提供了一個(gè)90°的相移，這是驅(qū)動(dòng)抖動(dòng)電機(jī)244B所需要的。采樣之后，A/D值被與所希望的增益調(diào)節(jié)位移參考量相比較，該量被乘以增益因子，加上隨機(jī)噪聲，然后該信號(hào)被輸送給脈寬調(diào)制器115。隨機(jī)噪聲最好是高斯分布的。位移參考量被抖動(dòng)剝除器的增益調(diào)節(jié)所校正，以校正任何發(fā)生器定標(biāo)因子的變化。參考位移信號(hào)還可以被MLG的直接抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以周期性的間隔作進(jìn)一步調(diào)整。
采樣脈沖DS1由主慣性導(dǎo)航系統(tǒng)提供。DS1代表慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中所有的陀螺都要被采樣的時(shí)刻。需要對(duì)這些采樣時(shí)刻進(jìn)行預(yù)測(cè)，以防止模塊式陀螺系統(tǒng)的滯后。采樣脈沖DS1也使INS(慣性導(dǎo)航系統(tǒng))內(nèi)的多個(gè)陀螺同步。
在本發(fā)明的該實(shí)施例中，微控制器100有多個(gè)模擬輸入，它們被分接到單個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器中。單個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器用于多于一個(gè)的模擬輸入信號(hào)時(shí)，需要采樣能在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻進(jìn)行。微處理器系統(tǒng)含有一個(gè)永久性地存儲(chǔ)器，在本實(shí)施例中它是一個(gè)電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(“EEPROM”)。像抖動(dòng)頻率和抖動(dòng)參考角等一些系統(tǒng)參數(shù)是存儲(chǔ)在該EEPROM中的，使得系統(tǒng)在接通電源后各系統(tǒng)參數(shù)可以重新存儲(chǔ)。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們應(yīng)能理解其他的永久性存儲(chǔ)器也可以使用。
在起動(dòng)初始化程序中抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器提供具有抖動(dòng)頻率的20個(gè)方形脈沖。例如，對(duì)于抖動(dòng)頻率為500Hz的情形，20個(gè)脈沖的占空比從0％改變到100％的。這種循環(huán)在接近于抖動(dòng)電機(jī)的自然共振頻率上向抖動(dòng)電機(jī)提供了使它起動(dòng)的能量。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖19，其中示出了根據(jù)本發(fā)明制作的抖動(dòng)發(fā)生電路的一個(gè)例子的電路圖。在一個(gè)例子中，抖動(dòng)發(fā)生設(shè)備至少包括第一、第二和第三電容402、406和412，第一至第七電阻404、407、410、414、422、424和426，第一和第二放大器408、420。還示出了抖動(dòng)發(fā)生器244A，這里它用其固有的電容來(lái)表示。第一電容402在節(jié)點(diǎn)405處與第一電阻404并聯(lián)。抖動(dòng)發(fā)生器也連接在節(jié)點(diǎn)405上。第二電容406的第一端連接在節(jié)點(diǎn)405上，另一端連接在第一放大器408的正相輸入端上。第一放大器408、電阻410、414、426和電容412的連接方式使得能提供第一放大因子和對(duì)抖動(dòng)發(fā)生電路進(jìn)行相位補(bǔ)償。第一放大器的輸出418基本上是一個(gè)代表抖動(dòng)發(fā)生信號(hào)的正弦信號(hào)416，它被提供給微控制器100的A/D轉(zhuǎn)換輸入端。第二放大器420和電阻422、424，以眾知的方式連接，以提供一個(gè)基本上為方波的信號(hào)430，其過(guò)零點(diǎn)作為數(shù)字邏輯電路800中的單穩(wěn)電路810的輸入，并且最終提供給控制器100。信號(hào)430也代表了抖動(dòng)發(fā)生信號(hào)，并且提供了計(jì)算抖動(dòng)周期時(shí)所依據(jù)的基本過(guò)零探測(cè)信號(hào)。單穩(wěn)電路810把最大中斷頻率限制在1000Hz上，由此消除了起動(dòng)時(shí)的錯(cuò)誤中斷。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖20，那里示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面所提供的直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路500的一個(gè)實(shí)施例的電路圖。該直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路500包括第一至第六電容502A、506、509、514、522和534，第一至第九電阻504、508、510、511、512、518、519、532和542，第一至第三晶體管520、528和530，二極管524，和放大器516。
第一電容502A的第一端連接在控制器100的脈寬調(diào)制輸出501上。第一電容502A的第二端連接在第一電阻504的第一端上。電阻504的第二端連接在第二電容506的第一端和第二電阻508的第一端上。電阻508的第二端連接在第三電阻511和第三電容509的第一端上。第三電阻511的第二端連接在第四電容514和第四電阻512的第一端上，還連接在放大器516的正相輸入端和第五電阻510上。放大器516的輸出通過(guò)由第六電阻518和第七電阻519所組成的電阻分壓器連接在第一晶體管520的基極上。第五電容522用作放大器516的補(bǔ)償電容，以提高相位邊緣。電容514的第二端連接在晶體管520的集電極和第三晶體管530的基極上，還連接在第八電阻532的第一端上。第三晶體管530的集電極連接在第八電阻532的第二端和一個(gè)電壓源上，在本發(fā)明的該實(shí)例中該電壓源最好約為300V。
第三晶體管530的發(fā)射極連接在第二晶體管528的基極上，后一晶體管的集電極也連接在電壓源上，晶體管530和528形成一個(gè)達(dá)靈頓(Darlington)對(duì)。二極管524是一個(gè)并連在該達(dá)靈頓對(duì)上的低壓二極管，用來(lái)提供一個(gè)死區(qū)。第四電阻512的第二端連接在第六電容534的第一端和第二晶體管528的發(fā)射極上。電容534用來(lái)把晶體管528的輸出電平移動(dòng)150V。驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)534交流耦合到第九電阻542和MLG模塊200中的抖動(dòng)電機(jī)244B上。電阻542向抖動(dòng)電機(jī)提供零伏的平均直流電壓。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一至第三晶體管最好是MJD50型的NPN晶體管，它們可從美國(guó)Motorola(摩托羅拉)公司得到。放大器最好是雙極運(yùn)算放大器，例如可從美國(guó)Analog Devices of Massachusetts(麻省模擬器件公司)得到的OP-97型放大器。
當(dāng)所示實(shí)施例中的本發(fā)明直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路工作時(shí)，它不用變壓器就直接把來(lái)自控制器100的5V脈寬調(diào)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)峰峰值為300V的模擬信號(hào)。以前已經(jīng)證明，變壓器是不可靠的，而且為了防止在例如約500Hz的低頻下驅(qū)動(dòng)抖動(dòng)電機(jī)容性負(fù)載時(shí)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，需要大尺寸的變壓器芯。來(lái)自控制器100的脈寬調(diào)制輸出501最好是一個(gè)5V的約為23.5KHz的固定頻率脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)，該信號(hào)可從一個(gè)16MHz的晶振104導(dǎo)出，并且從0％到100％PWM分成512個(gè)等級(jí)。該P(yáng)WM信號(hào)僅用作為數(shù)模轉(zhuǎn)換的一個(gè)手段，不要與抖動(dòng)頻率上的脈寬調(diào)制方案相混淆。
在圖20所示的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，與利用變壓器的方案相比，對(duì)于在500角秒的峰峰值振幅和4角秒至8角秒的均方根隨機(jī)噪聲的情形，當(dāng)驅(qū)動(dòng)典型的抖動(dòng)電機(jī)負(fù)載5.5nF時(shí)變壓器方案需要750mW的功率，而這里的直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路只需要不到300mW的功率。在典型的MLG系統(tǒng)中，4角秒至8角秒大致等價(jià)于1δ的標(biāo)準(zhǔn)偏差。本發(fā)明電路的效率是這樣來(lái)達(dá)到的，即在大約(500Hz×23.5KHz)1/2＝3.6KHz處設(shè)置了傳送函數(shù)的三個(gè)低通極點(diǎn)，這既過(guò)濾了23.5KHz的PWM信號(hào)，又可產(chǎn)生不到200微秒的上升和下降時(shí)間。因?yàn)轵?qū)動(dòng)電容性負(fù)載所需的功率正比于(V2×f)，其中f為驅(qū)動(dòng)頻率，所以重要的是要對(duì)PWM信號(hào)濾波之后再提供給負(fù)載，以節(jié)省功率。
驅(qū)動(dòng)的效率還進(jìn)一步由控制器來(lái)提高，后者使PWM值在每個(gè)抖動(dòng)周期中只改變兩次。即在抖動(dòng)發(fā)生的正峰值處發(fā)生第一次改變，在負(fù)峰值處發(fā)生第二次改變。在550Hz、300V(滿振幅)情形下驅(qū)動(dòng)5.5nf的負(fù)載所需的理論功率由下式給出P＝2f(1/2CV2)＝272mW本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的交流功率接近于這個(gè)理論極限。直流偏置功率約為81mW。
第四電容514連接在晶體管530的基極上而不是連接在輸出端外的晶體管528的發(fā)射極上，這樣可增強(qiáng)上升和下降跳變時(shí)的穩(wěn)定性。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第四電阻512把輸出端處的晶體管528的發(fā)射極的直流工作點(diǎn)設(shè)置在約+150V上。然后晶體管528的發(fā)射極輸出電平被耦合電容534移動(dòng)成最終輸出端540的電平。在這樣的布局中，占空比為50％的PWM信號(hào)輸入對(duì)應(yīng)于輸出端540處的0V輸出。占空比為0％的PWM信號(hào)對(duì)應(yīng)于輸出端540處約+130V的輸出。占空比為100％的PWM信號(hào)對(duì)應(yīng)于輸出端540處約-130V的輸出。在所示的例子中，MLG接通電源時(shí)耦合電容534的充電時(shí)間約為0.7秒。
本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)是，輸入是通過(guò)第一電容502A而進(jìn)行交流耦合的，從而提供了不帶有低頻成分的對(duì)稱驅(qū)動(dòng)。在MLG起動(dòng)時(shí)，控制器輸出約14ms的50％占空比PWM信號(hào)，把電容502A充電到一個(gè)預(yù)定的直流電平。如前面已指出的，起動(dòng)的初始化程序開(kāi)始于以抖動(dòng)頻率的方波供給抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路20個(gè)脈沖。在抖動(dòng)頻率為500Hz時(shí)20個(gè)脈沖的占空比從0％變到100％這種循環(huán)向抖動(dòng)電機(jī)提供的能量使它接近于自然共振頻率，從而使它起動(dòng)。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖21，該圖示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面而提供的抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路的另一個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)電路圖。圖21的抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)具有初始繞阻460、464和次級(jí)繞組462的變壓器。繞組460上并聯(lián)了一個(gè)第一二極管454，它連接在名義電壓為+15V的電壓源480A上。類似地，繞組464上并聯(lián)了個(gè)第二二極管456，它也連接在電壓源480A上。次級(jí)繞組462的一端連接在MLG模塊200中的抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器244B上。一對(duì)晶體管450A、452被第一和第二PWM信號(hào)470、472以推挽方式驅(qū)動(dòng)。晶體管450A、452最好是MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管)器件或類似器件。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖22A，那里示出了表示抖動(dòng)發(fā)生信號(hào)245A從抖動(dòng)發(fā)生器244A一直傳送到抖動(dòng)電機(jī)244B的本發(fā)明直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)方法和設(shè)備的總體原理圖。圖22A代表了抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)的一個(gè)實(shí)施例，它把代表抖動(dòng)位移的電壓245A有增益地轉(zhuǎn)換代表陀螺200的慣性轉(zhuǎn)動(dòng)的MLG計(jì)數(shù)。直到產(chǎn)生PWM信號(hào)501之前所有后續(xù)的處理都利用該計(jì)數(shù)來(lái)進(jìn)行。
抖動(dòng)探測(cè)器244A把抖動(dòng)探測(cè)信號(hào)245A提供給濾波器202A，后者對(duì)抖動(dòng)探測(cè)信號(hào)245A進(jìn)行調(diào)節(jié)，并提供調(diào)節(jié)后的探測(cè)信號(hào)203A。探測(cè)信號(hào)203A被放大器204A放大，并提供給一個(gè)10比特A/D轉(zhuǎn)換器206。A/D轉(zhuǎn)換器206A把經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)和放大的抖動(dòng)探測(cè)信號(hào)245A處理成為一個(gè)代表抖動(dòng)探測(cè)信號(hào)245A的電壓的數(shù)字信號(hào)207A。然后數(shù)字信號(hào)207A被倍乘器215有增益地轉(zhuǎn)換成一個(gè)代表陀螺模塊200的角位移的計(jì)數(shù)值209A 。
在圖22A的實(shí)施例中，數(shù)字信號(hào)207A通過(guò)乘上一個(gè)預(yù)定常數(shù)K而轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)值。一個(gè)計(jì)數(shù)近似等于1角秒的角位移。常數(shù)K的單位是計(jì)數(shù)/伏特。常數(shù)K和抖動(dòng)剝除器中用來(lái)獲得等價(jià)的數(shù)字電壓的常數(shù)相同，常數(shù)K被抖動(dòng)剝除器連續(xù)地更新，并給出了抖動(dòng)探測(cè)模擬電壓和等價(jià)的數(shù)字讀出計(jì)數(shù)之間的直接定標(biāo)關(guān)系。
以數(shù)字計(jì)數(shù)表示的預(yù)定參考位移抖動(dòng)角213存儲(chǔ)在EEPROM102中。
然后該數(shù)字信號(hào)傳向一個(gè)數(shù)字增益放大器212，后者的輸出提供給一個(gè)隨機(jī)噪聲注入管210D，在那里把隨機(jī)噪聲211注入到信號(hào)中。提供隨機(jī)噪聲211的目的是防止激光器出現(xiàn)動(dòng)態(tài)鎖定效應(yīng)。然后信號(hào)進(jìn)入一個(gè)脈寬調(diào)制限制器214，后者再向脈寬調(diào)制器216提供信號(hào)215。PWM信號(hào)取決于參考值與測(cè)得的模塊位移值的差值。直接抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路更詳細(xì)地示于圖20。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖22B，那里示出了本發(fā)明的直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)方法和設(shè)備的另一種總體原理圖，該圖示出抖動(dòng)探測(cè)信號(hào)245A從抖動(dòng)探測(cè)器244A直到抖動(dòng)電機(jī)244B的傳送情況。在圖22B所代表的抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)的實(shí)例中，直到產(chǎn)生PWM信號(hào)501之前所有的處理都利用電壓來(lái)執(zhí)行。
在圖22B所示的本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中，A/D轉(zhuǎn)換器207B的輸出被輸送給比較器208，以產(chǎn)生一個(gè)代表電壓的而不是像圖22A中那樣代表計(jì)數(shù)的信號(hào)。在EEPROM102中的存儲(chǔ)了以數(shù)字計(jì)數(shù)表示的預(yù)定參考位移抖動(dòng)角213。在圖22B的實(shí)施例中，參考位移213通過(guò)乘上一個(gè)預(yù)定常數(shù)K的倒數(shù)而被轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓。圖22B中其余的處理與圖22A的相同。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖22C，那里示出了本發(fā)明的直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)方法和設(shè)備的另一個(gè)總體原理圖，該圖示出抖動(dòng)探測(cè)信號(hào)245A從抖動(dòng)探測(cè)器244A直到抖動(dòng)電機(jī)244B的第一臂470和第二臂472的傳送情況。與根據(jù)圖22A的本發(fā)明方法和設(shè)備相同，圖22C示出的抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)實(shí)施例也把代表抖動(dòng)位移的電壓205有增益地轉(zhuǎn)換成代表陀螺200的慣性轉(zhuǎn)動(dòng)的MLG計(jì)數(shù)。直到產(chǎn)生高速輸出內(nèi)容可訪問(wèn)存儲(chǔ)器(HSO CAM)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)470和472之前，其后的所有處理都利用計(jì)數(shù)來(lái)執(zhí)行。
在圖22C中，數(shù)字信號(hào)也流入到一個(gè)數(shù)字增益放大器212中，后者向一個(gè)脈寬調(diào)制限制器214提供輸出，然后該限制器再向該數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路的HSO CAM驅(qū)動(dòng)器216A提供脈寬調(diào)制信號(hào)215。與前面的實(shí)施例一樣，該P(yáng)WM信號(hào)取決于模塊的參考值和測(cè)得的位移值之間的差值。
在本發(fā)明的該實(shí)施例中，高速輸出邏輯是由微控制器100中的一個(gè)普通的HSO(高速輸出)單元提供的。高速輸出邏輯在預(yù)定的時(shí)間點(diǎn)上觸發(fā)一些事件的發(fā)生。各個(gè)事件通過(guò)把指令寫入到所謂的HSO指令寄存器和HSO時(shí)間寄存器中而被協(xié)調(diào)?？赡芤愿咚佥敵龅氖录懈鞣N類型，例如A/D轉(zhuǎn)換，計(jì)時(shí)器復(fù)原、軟件旗標(biāo)復(fù)原、和轉(zhuǎn)換高速輸出線。在I NTEL CORPORATION(英特爾公司)的INTELTMmodel 80C196KC Users Guide(英特爾(注冊(cè)商標(biāo))80C196KC型用戶手冊(cè))的第5-49頁(yè)中可以找到關(guān)于高速輸出邏輯的更多的信息。特別請(qǐng)參閱該用戶手冊(cè)的圖10-1，那里描述了HSO指令寄存器。對(duì)直接抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器500的輸入是從HSO CAM驅(qū)動(dòng)器或80C196KC微控制器的PWM輸出產(chǎn)生的。圖20更詳細(xì)地示出了該直接抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器500的結(jié)構(gòu)。然后高速輸出CAM驅(qū)動(dòng)器216A向第一驅(qū)動(dòng)臂470和第二驅(qū)動(dòng)臂472提供抖動(dòng)信號(hào)。
圖22D示出了抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)的一個(gè)實(shí)施例，其中直到產(chǎn)生HSO CAM驅(qū)動(dòng)信號(hào)470和472之前所有的處理都利用電壓來(lái)執(zhí)行。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖23，其中詳細(xì)示出了本發(fā)明方法的中斷時(shí)序圖。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，直接抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)利用圖19中的過(guò)零探測(cè)器的輸出430來(lái)觸發(fā)中斷。圖19的信號(hào)430提供一個(gè)類似于定時(shí)時(shí)鐘的波列。在圖23中該波列的細(xì)節(jié)表現(xiàn)為一組方波604。所示的作為信號(hào)線430的輸出的波列是時(shí)間602的函數(shù)，信號(hào)604指明了在由陀螺模塊位置信號(hào)620所表示的陀螺模塊周期性抖動(dòng)運(yùn)動(dòng)中該模塊200什么時(shí)候通過(guò)零點(diǎn)。過(guò)零點(diǎn)由618A、618B、618C和618D代表。所產(chǎn)生的中斷由中斷點(diǎn)610A、610B、610C和610D代表。中斷發(fā)生在對(duì)應(yīng)于輸出信號(hào)430產(chǎn)生從低到高的跳變點(diǎn)605A、605B、605C和605D的模塊200的過(guò)零點(diǎn)618A、618B、618C和618D處。
抖動(dòng)探測(cè)器244A的頻率可以根據(jù)發(fā)生從低到高的跳變時(shí)間點(diǎn)來(lái)計(jì)算。在圖23中，t0代表發(fā)生產(chǎn)生中斷610A的跳變605A的時(shí)刻，t1代表發(fā)生產(chǎn)生中斷610B的跳變605B的時(shí)刻，t2代表發(fā)生產(chǎn)生中斷610C的跳變605c的時(shí)刻，t3代表發(fā)生產(chǎn)生中斷610D的跳變605D的時(shí)刻。抖動(dòng)的頻率可以通過(guò)這組信息中的兩個(gè)相鄰的中斷來(lái)計(jì)算，它等于1周除以時(shí)間差(t1-t0)，或者1/(t1-t0)。抖動(dòng)頻率也可以通過(guò)這組信息中不相鄰的中斷來(lái)計(jì)算，例如它等于3周除以中斷610A和610D之間的時(shí)間差(t3-t0)，或者3/(t3-t0)。
在本發(fā)明的直接抖動(dòng)方法的一個(gè)實(shí)施例中，需要測(cè)量模塊循環(huán)中的90°和270°位置。90°位置如圖23中的點(diǎn)622A、622B和622C所示。270°位置如圖23中的點(diǎn)624A、624B和624C所示。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖24，那里示出了本發(fā)明直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備確定抖動(dòng)循環(huán)經(jīng)過(guò)270°和90°位置的方法。該方法開(kāi)始于處理步驟902A，即由過(guò)零探測(cè)輸出430產(chǎn)生中斷。在圖19和23中過(guò)零探測(cè)信號(hào)分別用信號(hào)430和604代表。在本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施例中，來(lái)自過(guò)零探測(cè)器的中斷信號(hào)叫做T2CAP中斷。然后處理進(jìn)入T2CAP中斷服務(wù)例行程序。該T2CAP中斷服務(wù)例行程序在下面的處理流程圖中說(shuō)明。
在步驟906A中獲取產(chǎn)生T2CAP中斷的時(shí)刻。然后處理進(jìn)入步驟908A，把中斷時(shí)刻Tn存儲(chǔ)到一個(gè)時(shí)間寄存器中。然后處理進(jìn)入步驟910A，從最后一次中斷來(lái)計(jì)算時(shí)間的改變。在第一次執(zhí)行該步驟時(shí)，初始時(shí)刻是近似選取的。時(shí)間差△T等于當(dāng)前時(shí)刻減去上一次中斷時(shí)刻的差值。然后處理進(jìn)入步驟912A，把兩個(gè)中斷之間經(jīng)過(guò)的時(shí)間或時(shí)間差除以4。這個(gè)步驟確定了兩個(gè)中斷之間的時(shí)間差的1/4。這個(gè)數(shù)的精確度和數(shù)字系統(tǒng)的分辨率相同，它代表了抖動(dòng)循環(huán)各過(guò)零點(diǎn)之間的時(shí)間大小。這個(gè)大小又代表了MLG模塊實(shí)際抖動(dòng)的頻率。
然后處理進(jìn)入步驟914A，計(jì)算相位超前補(bǔ)償。相位超前的定義是△T除以一個(gè)常數(shù)KPL。△T對(duì)應(yīng)于激光器模塊抖動(dòng)一個(gè)周期所需的時(shí)間，或者說(shuō)△T等價(jià)于360°。常數(shù)KPL是一個(gè)取決于抖動(dòng)周期和模擬延時(shí)的預(yù)定常數(shù)。例如，如果該預(yù)定常數(shù)KPL＝32，則相位超前將是360°/32＝11.25°。相位超前的時(shí)間用TPL表示，它可以用△T乘以相位超前部分占一個(gè)周期的比例來(lái)計(jì)算，即TPL＝△T×(11.25°/360°)。相位超前的目的是使抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與所希望的實(shí)際抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)相一致。該相位超前預(yù)測(cè)了抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)處理電路中的延時(shí)和軟件處理中的延時(shí)。第一1/4周期Q1對(duì)應(yīng)于激光器模塊在90°位置上的實(shí)際位移。1/4周期相位超前Q1PL定義為Q1-TPL，它代表圖25C和25D中所示的高速輸出抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器CAM216A的實(shí)際采樣時(shí)間。然后圖24的處理進(jìn)入步驟916，其中確定半周期點(diǎn)Q2，它等于第一1/4周期的兩倍(Q1+Q1)。然后處理進(jìn)入步驟918，其中確定第三1/4周期Q3為Q2+Q1PL。然后，若有必要，圖24中的T2CAP中斷器檢查是否存在著背景的A/D轉(zhuǎn)換。背景A/D轉(zhuǎn)換的必要性是為了設(shè)定一個(gè)軟件計(jì)時(shí)旗標(biāo)和中斷，該旗標(biāo)和中斷可以用于圖29所示的本發(fā)明的判斷方法，以解決當(dāng)前A/D轉(zhuǎn)換器915A的使用問(wèn)題。軟件計(jì)時(shí)旗標(biāo)和中斷是設(shè)計(jì)成采用高速輸出邏輯的。然后處理進(jìn)入步驟919，在那里區(qū)分出抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換、抖動(dòng)剝除A/D轉(zhuǎn)換和背景A/D轉(zhuǎn)換。圖25中詳細(xì)地說(shuō)明了步驟919的處理。該處理于步驟7920結(jié)束，然后返回到圖26中的運(yùn)行模塊式陀螺的監(jiān)視控制環(huán)。
圖26所示的監(jiān)視控制環(huán)39A是數(shù)字模塊式陀螺10的主要處理執(zhí)行環(huán)。監(jiān)視控制環(huán)在執(zhí)行其處理之前等待在步驟302A中完成抖動(dòng)剝除的A/D轉(zhuǎn)換。在本發(fā)明的設(shè)備中含有一個(gè)轉(zhuǎn)換完成旗標(biāo)，如果設(shè)定了該旗標(biāo)則表示A/D轉(zhuǎn)換已完成。監(jiān)視控制環(huán)309A首先執(zhí)行抖動(dòng)剝除算法(步驟302A)。然后在步驟304A中進(jìn)行關(guān)于溫度偏置漂移和老化的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)的補(bǔ)償。在步驟306A中監(jiān)視控制環(huán)390A執(zhí)行系統(tǒng)的I/O(輸入/輸出)接口建立。然后處理進(jìn)入步驟308A，進(jìn)行偏置漂移改進(jìn)和隨機(jī)漂移改進(jìn)。然后處理進(jìn)入步驟310B，執(zhí)行由外部系統(tǒng)給出的關(guān)于模塊式陀螺的任何指令。然后在步驟312B中執(zhí)行內(nèi)部的檢驗(yàn)功能，在步驟314B中檢查激光模式極限。然后，直到模塊式陀螺10被關(guān)斷之前，一直重復(fù)這一組處理。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖32，那里示出了安排背景A/D轉(zhuǎn)換的方法。背景A/D轉(zhuǎn)換的安排在一個(gè)硬件系統(tǒng)中進(jìn)行，該系統(tǒng)含有可以是排成一個(gè)隊(duì)伍的一組預(yù)定的A/D轉(zhuǎn)換事件。A/D轉(zhuǎn)換事件的數(shù)目是預(yù)定的。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該組事件隊(duì)伍中有7個(gè)A/D轉(zhuǎn)換。圖26所示臨視控制環(huán)對(duì)它們的區(qū)分處理從步驟870開(kāi)始，其中，檢查背景A/D轉(zhuǎn)換完成旗標(biāo)。然后處理進(jìn)入步驟872，檢查是否設(shè)定了轉(zhuǎn)換完成旗標(biāo)。如果沒(méi)有設(shè)定，則在步驟876中退出該例行程序，并返回到監(jiān)視控制環(huán)。在這情形下因?yàn)樗才诺淖詈笠粋€(gè)A/D轉(zhuǎn)換尚未完成，所以A/D轉(zhuǎn)換不能結(jié)束。如果已設(shè)定了轉(zhuǎn)換完成旗標(biāo)，則處理進(jìn)入步驟874，把當(dāng)前背景A/D轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)到一個(gè)背景A/D轉(zhuǎn)換寄存器中。這樣就把當(dāng)前背景A/D轉(zhuǎn)換和由另一個(gè)例行程序，例如溫度測(cè)量和PLC監(jiān)視等，所建立的功能相聯(lián)系起來(lái)。然后處理進(jìn)入步驟878，檢查背景A/D轉(zhuǎn)換多路分配器的指針。然后處理進(jìn)入步驟880，以確定在檢查了指針之后該執(zhí)行什么。如果指針指向最后一個(gè)背景功能，則在步驟882中使排隊(duì)指針復(fù)位，讓它指向第一個(gè)功能。如果指針不是指向最后一個(gè)背景功能，則在步驟884中使指針增加到下一個(gè)背景功能位置上。不論哪種情形，處理都進(jìn)入步驟886，在那里安排隊(duì)伍中的另一個(gè)背景轉(zhuǎn)換。然后在步驟876中處理退出到監(jiān)視控制環(huán)。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖25，那里示出了從本發(fā)明方法對(duì)數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中的多個(gè)模擬信號(hào)輸入中選出單個(gè)A/D轉(zhuǎn)換的方法。圖25示出了一個(gè)流程圖，其中在步驟702中數(shù)字模塊式陀螺10轉(zhuǎn)移一個(gè)抖動(dòng)剝除轉(zhuǎn)換時(shí)間。如下面將參考圖30進(jìn)行更詳細(xì)說(shuō)明的那樣，轉(zhuǎn)換時(shí)間Hsi Timel是通過(guò)把TNEW當(dāng)作Hsi Time 1，把“△t”當(dāng)作Hsi Delta，而從抖動(dòng)剝除處理中計(jì)算出的。
然后處理進(jìn)入對(duì)期望剝除時(shí)刻的計(jì)算，它是根據(jù)在步驟702中送來(lái)的兩個(gè)值來(lái)計(jì)算的。第一個(gè)值是Hsi Time 1，它代表抖動(dòng)剝除轉(zhuǎn)換時(shí)間的開(kāi)始，第二個(gè)值是Hsi Delta，它也是在步驟702中從外部系統(tǒng)送入的。期望的抖動(dòng)剝除采樣時(shí)間是Hsi Time 1和Hsi Delta之和(步驟704)。這個(gè)時(shí)間叫做Hsi Time 2。然后處理進(jìn)入步驟706，在Hsi Time 2附近建立一個(gè)窗口，以鎖出抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)的A/D轉(zhuǎn)換器。這樣可以在抖動(dòng)剝除A/D轉(zhuǎn)換同時(shí)出現(xiàn)時(shí)防止抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換被前者干擾。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中A/D轉(zhuǎn)換器是一個(gè)異步轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換可以與建立它的處理異步地進(jìn)行。處理步驟708計(jì)算抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)的A/D轉(zhuǎn)換是否將出現(xiàn)在抖動(dòng)剝除窗口內(nèi)。然后處理或者進(jìn)入步驟712，或者進(jìn)入步驟710。步驟710建立起高速輸出內(nèi)容可訪問(wèn)寄存器(HSO CAM)以安排相位補(bǔ)償A/D轉(zhuǎn)換。軟件計(jì)時(shí)旗標(biāo)以及專門中斷抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)。步驟712建立起HSO CAM以安排軟件計(jì)時(shí)旗標(biāo)并專門中斷抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)以共用已往安排的抖動(dòng)剝除A/D轉(zhuǎn)換。本發(fā)明的方法檢查軟件計(jì)時(shí)旗標(biāo)的狀態(tài)以確定在計(jì)劃的時(shí)間內(nèi)將采取什么枯的操作是抖動(dòng)剝除轉(zhuǎn)換，抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換，抖動(dòng)剝除和抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)共用的轉(zhuǎn)換，還是背景轉(zhuǎn)換。步驟708提供一個(gè)安排一個(gè)新的A/D轉(zhuǎn)換或者共用計(jì)劃要進(jìn)行的轉(zhuǎn)換的方法，本發(fā)明方法中所隱含的假設(shè)是，由于抖動(dòng)剝除A/D轉(zhuǎn)換永遠(yuǎn)具有最高的優(yōu)先權(quán)，所以對(duì)于抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō)在窗口內(nèi)進(jìn)行單個(gè)A/D轉(zhuǎn)換是合適的。在步驟712中設(shè)定一個(gè)旗標(biāo)，它將指明抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)例行程序和可以共用A/D轉(zhuǎn)換的抖動(dòng)剝除例行程序中的另一個(gè)例行程序。在步驟710中安排A/D轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換結(jié)果送給微控制器100內(nèi)的CAM，以進(jìn)行下述的高速輸出邏輯。如前所述，A/D轉(zhuǎn)換安排在已進(jìn)行了相位補(bǔ)償?shù)臅r(shí)刻Q1和Q3上。然后處理進(jìn)入步驟714，結(jié)束A/D轉(zhuǎn)換的區(qū)分。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖27，其中示出了根據(jù)抖動(dòng)探測(cè)A/D轉(zhuǎn)換來(lái)計(jì)算脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)的方法。由微控制器100實(shí)施的本發(fā)明方法開(kāi)始于步驟821，并在步驟822A中從抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)例行程序得到A/D轉(zhuǎn)換中斷。在步驟824A中，從存儲(chǔ)器讀出已經(jīng)發(fā)生的以讀出計(jì)數(shù)表示的抖動(dòng)電機(jī)的角位移量。在步驟825中，根據(jù)抖動(dòng)剝除的增益調(diào)節(jié)把參考抖動(dòng)角計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換成等價(jià)的以伏特?cái)?shù)表示的模擬探測(cè)信號(hào)。
然后處理進(jìn)入步驟826A，在那里通過(guò)把參考位移減去實(shí)際位移來(lái)計(jì)算抖動(dòng)電機(jī)位移的誤差。然后處理進(jìn)入步驟828A，把計(jì)算得到的誤差乘以一個(gè)預(yù)定的放大因子，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中該因子為50。然后處理進(jìn)入步驟830A，把隨機(jī)噪聲注入到該系統(tǒng)中，作為本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)例子而不是作為限制，該隨機(jī)噪聲的分布是高斯型的。然后處理進(jìn)入步驟832A，把脈寬調(diào)制信號(hào)輸出限制到最大值為100％PWM、最小值為0％PWM的范圍內(nèi)，以防止寄存器溢出。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，這兩個(gè)限制值可以分別是代表0％和100％PWM的0和255。然后處理進(jìn)入步驟834，向抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器提供所計(jì)算的驅(qū)動(dòng)電平，以把抖動(dòng)電機(jī)引向由注入隨機(jī)噪聲所調(diào)節(jié)的參考值。然后在步驟836中該處理結(jié)束。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖28，那里示出了直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換處理器的工作原理。在模塊式陀螺中為了抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)、抖動(dòng)剝除和背景轉(zhuǎn)換，需要A/D轉(zhuǎn)換器，例如為了計(jì)算抖動(dòng)的1/4周期點(diǎn)就需要A/D轉(zhuǎn)換器。圖228中所示的處理示出了根據(jù)哪一個(gè)處理調(diào)用了A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)處理A/D轉(zhuǎn)換器的方法。該方法從步驟930的A/D轉(zhuǎn)換中斷開(kāi)始。在步驟932中，確定A/D轉(zhuǎn)換的要求來(lái)自什么地方是934處的抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器、或是936處的抖動(dòng)剝除器、或是938處的抖動(dòng)剝除器和抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器、還是940處的背景處理器。剝除器和驅(qū)動(dòng)器步驟938表明抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換發(fā)生在抖動(dòng)剝除A/D轉(zhuǎn)換窗口之內(nèi)。由于抖動(dòng)剝除的窗口同樣適用于抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)，所以與簡(jiǎn)單的抖動(dòng)剝除操作一樣，處理將進(jìn)入步驟942。對(duì)于調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換器的是數(shù)字驅(qū)動(dòng)器934的情形，處理直接進(jìn)入步驟946中的抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)。抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)的例行程序在圖27中有更詳細(xì)的說(shuō)明。
當(dāng)執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，已經(jīng)得知了是哪一個(gè)處理調(diào)用了A/D轉(zhuǎn)換器。這是由圖25所示的T2CAP中斷和軟件計(jì)時(shí)中斷所事先確定的。
如果是抖動(dòng)剝除器或者是抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)和抖動(dòng)剝除器調(diào)用了A/D轉(zhuǎn)換器，則在步驟942中讀出剝除寄存器中的A/D值。然后在步驟944中設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換完成旗標(biāo)，以表明剝除器或剝除器和驅(qū)動(dòng)器的目前A/D轉(zhuǎn)換值已在剝除寄存器中，并且被剝除器和驅(qū)動(dòng)器所調(diào)用。然后，不論是哪種情形，處理都進(jìn)入步驟946，以驅(qū)動(dòng)抖動(dòng)。在背景A/D轉(zhuǎn)換情形下，處理進(jìn)入步驟940，然后在步驟948中從背景寄存器提取A/D值，在步驟950中設(shè)置背景轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換完成旗標(biāo)。在所有情形中，該處理都結(jié)束于步驟952。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖29，那里示出了關(guān)于軟件計(jì)是中斷的中斷服務(wù)例行程序，以安排單獨(dú)的抖動(dòng)轉(zhuǎn)換、或者合用轉(zhuǎn)換、或者背景轉(zhuǎn)換。該處理從步驟1000開(kāi)始，其后在步驟1002中從一個(gè)特定的功能寄存器提取軟件計(jì)時(shí)旗標(biāo)。然后在步驟1004中檢查是否設(shè)置了抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換的軟件計(jì)時(shí)旗標(biāo)。如果設(shè)置了該旗標(biāo)，則處理進(jìn)入步驟1020，以在微控制器100的便箋式RAM中的A/D優(yōu)先權(quán)寄存器中設(shè)定一個(gè)單獨(dú)抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換旗標(biāo)，并且在步驟1022中處理結(jié)束。如果沒(méi)有設(shè)置抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換的軟件計(jì)時(shí)旗標(biāo)，則處理進(jìn)入步驟1006，檢查是否設(shè)置了驅(qū)動(dòng)和剝除轉(zhuǎn)換的軟件計(jì)時(shí)旗標(biāo)。如果設(shè)置了這種旗標(biāo)，則處理進(jìn)入步驟1018，在微控制器100的便箋式RAM的A/D優(yōu)先權(quán)寄存器中設(shè)定抖動(dòng)剝除和抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)共用A/D轉(zhuǎn)換旗標(biāo)，并在步驟1022中處理結(jié)束。如果沒(méi)有設(shè)置共用轉(zhuǎn)換，則處理進(jìn)入步驟1008，檢查是否正在處理抖動(dòng)剝除轉(zhuǎn)換。圖29的方法隱含著這樣的假設(shè)，即如果不是共用轉(zhuǎn)換或抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換，那么就一定是背景轉(zhuǎn)換。然后處理進(jìn)入步驟1010，檢查抖動(dòng)剝除A/D轉(zhuǎn)換是否將發(fā)生在下述窗口內(nèi)，如圖25的步驟705所說(shuō)明的，該窗口的定義是Hsi Time 1＋Hsi Delta。如果該轉(zhuǎn)換將發(fā)生在該窗口內(nèi)，則處理將于步驟1022結(jié)束。如果該轉(zhuǎn)換將不發(fā)生在該窗口內(nèi)，則處理進(jìn)入步驟1014，等待完成背景轉(zhuǎn)換。背景轉(zhuǎn)換將發(fā)生在指定的時(shí)期內(nèi)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，背景轉(zhuǎn)換發(fā)生在20ms的時(shí)期內(nèi)。然后處理進(jìn)入步驟1016，把轉(zhuǎn)換值存儲(chǔ)到背景A/D寄存器中。然后處理于步驟1022結(jié)束。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們將可看到，等待完成背景轉(zhuǎn)換的過(guò)程可以被圖28所說(shuō)明的原因而中斷，或由于圖29中的原因而停止。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖30，那里示出了用來(lái)計(jì)算和預(yù)測(cè)出現(xiàn)下一個(gè)系統(tǒng)采樣時(shí)鐘的本發(fā)明方法。預(yù)測(cè)采樣時(shí)鐘的重要性在于外部慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的需要，它為了獲得同步于在整個(gè)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中都是均勻的外部時(shí)鐘的慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)，就需要預(yù)測(cè)采樣時(shí)鐘。如果沒(méi)有這種預(yù)測(cè)能力，則慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)將可能被異步地提供，造成對(duì)慣性位置的不準(zhǔn)確估計(jì)。當(dāng)圖30的處理首先被初始化時(shí)，它開(kāi)始于步驟150中的起動(dòng)一個(gè)計(jì)數(shù)器。然后處理進(jìn)入步驟152，獲系統(tǒng)采樣時(shí)鐘的一個(gè)采樣脈沖邊緣。這使得在步驟154中產(chǎn)生一個(gè)中斷。然后該中斷起動(dòng)一個(gè)叫做中斷環(huán)170的處理。中斷環(huán)安排A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)在步驟154中產(chǎn)生中斷時(shí)，步驟150的計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值被存儲(chǔ)在中斷時(shí)間寄存器中。然后處理進(jìn)入步驟158，從存儲(chǔ)器讀出上一次發(fā)生中斷的時(shí)間(TOLD)。然后處理進(jìn)入步驟160，計(jì)算老中斷時(shí)間和新中斷時(shí)間(TNEW)之間的差值，作為“△t”。然后處理進(jìn)入步驟162，在微處理器的高速輸出中建立A/D轉(zhuǎn)換。發(fā)生高速輸出的新時(shí)間是“新tTNEW”加上“△t”。然后處理進(jìn)入步驟164，設(shè)定“TOLD等于”TNEW”接著處理返回到步驟152，獲取下一個(gè)采樣時(shí)鐘。圖30的方法動(dòng)態(tài)地補(bǔ)償了系統(tǒng)采樣時(shí)鐘周期的變化，從而動(dòng)態(tài)地跟蹤了系統(tǒng)采樣時(shí)鐘的行為。在HSO邏輯的步驟162中，設(shè)置了抖動(dòng)剝除A/D轉(zhuǎn)換。抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)也使用A/D轉(zhuǎn)換162。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖31，其中示出了利用兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)驅(qū)動(dòng)MLG抖動(dòng)機(jī)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的本發(fā)明方法和設(shè)備。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們將可看到，本發(fā)明的各種方法也可以應(yīng)用于圖31中說(shuō)明的設(shè)備。
在該實(shí)施例中，第一A/D轉(zhuǎn)換器1212提供對(duì)應(yīng)于抖動(dòng)探測(cè)電壓的數(shù)字表示，其時(shí)序適合于上述的抖動(dòng)剝除操作。抖動(dòng)剝的A/D轉(zhuǎn)換必須發(fā)生在DS1被激活時(shí)。微控制器100利用A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果和邊緣觸發(fā)讀出計(jì)數(shù)寄存器1220的輸出1222，來(lái)執(zhí)行抖剝除操作。
第二A/D轉(zhuǎn)換器1214提供對(duì)應(yīng)于抖動(dòng)探測(cè)電壓的數(shù)字表示，其時(shí)序適合于上述的抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)操作。抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)的A/D轉(zhuǎn)換必須發(fā)生在過(guò)零探測(cè)器820A被激活時(shí)。微控制器100利用A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果1024來(lái)執(zhí)行抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)操作。
第三A/D轉(zhuǎn)換器1216提供對(duì)應(yīng)于背景處理的，例如溫度測(cè)量、RIM和LIM測(cè)量和PLC監(jiān)視等的數(shù)字表示。背景A/D轉(zhuǎn)換由微控制器通過(guò)激活線1218進(jìn)行激活。
MLG的抖動(dòng)剝除器執(zhí)行從慣性導(dǎo)航信號(hào)中對(duì)抖動(dòng)信號(hào)的鎖相抖動(dòng)剝除。抖動(dòng)剝除器利用微控制器來(lái)控制抖動(dòng)剝除反饋環(huán)中的增益因子。抖動(dòng)剝除器再次參見(jiàn)圖1B，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的抖動(dòng)剝除器利用一個(gè)用作控制器100的微控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，它包括抖動(dòng)探測(cè)器244A、抖動(dòng)探測(cè)放大電路400、A/D轉(zhuǎn)換器110、控制器100、PWM輸出端115、直接抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器500、和抖動(dòng)電機(jī)244B。A/D轉(zhuǎn)換器110可以被集成在控制器中，它最好是一個(gè)10比特的A/D轉(zhuǎn)換器。控制器最好也包含一個(gè)微處理器120。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，在工作中，由傳感電壓245A所代表的RLG模塊位置首先被抖動(dòng)探測(cè)放大器400放大。放大的抖動(dòng)探測(cè)信號(hào)510A被輸送給A/D轉(zhuǎn)換器110，也被輸給比較器401，后者產(chǎn)生一個(gè)方波501C，輸送給單穩(wěn)電路810，以限制中斷的最大頻率。單穩(wěn)電路810大約以1000Hz的頻率被周期性地復(fù)原。單穩(wěn)電路的輸出在其正過(guò)零邊緣處中斷控制器。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，微控制器含有3個(gè)脈寬調(diào)制器，用于各種控制功能。第一脈寬調(diào)帛器P WM1(115)用來(lái)控制抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路。為了微控制器100的初始化和控制，使用了一些軟件模塊。軟件程序是由含在微控制器100內(nèi)的微處理器120運(yùn)行的。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖33，那里示出了圖1A的MLG的抖動(dòng)探測(cè)信號(hào)與時(shí)間的關(guān)系曲線。抖動(dòng)探測(cè)信號(hào)12A通過(guò)一個(gè)過(guò)零點(diǎn)18A。過(guò)零點(diǎn)18A代表激光器模塊在最小抖動(dòng)和最大抖動(dòng)之間的中間點(diǎn)位置。圖33還示出了采樣時(shí)刻14A和16A。采樣時(shí)刻14A和16A由外部系統(tǒng)確定。該外部系統(tǒng)所使用的采樣時(shí)鐘使各種其他的慣性導(dǎo)航測(cè)量，例如其他陀螺和其他加速計(jì)的測(cè)量，互相同步，以保證來(lái)自所有慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的所有讀數(shù)都發(fā)生在同樣的時(shí)刻。由于這個(gè)要求，必須預(yù)測(cè)采樣時(shí)刻14A和16A，以提供適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻來(lái)處理抖動(dòng)信號(hào)12A。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖34，其中示出了本發(fā)明從讀出信號(hào)中除去抖動(dòng)成分的方法的原理性框圖。讀出信號(hào)同時(shí)含有慣性導(dǎo)航信號(hào)和抖動(dòng)頻率信號(hào)兩者。為了對(duì)慣性位置有準(zhǔn)確的和可重復(fù)的測(cè)量，要求從讀出信號(hào)中除去或剝除抖動(dòng)信號(hào)。
圖34示出從讀出信號(hào)中剝除抖動(dòng)信號(hào)的方法。處理步驟20B表示從抖動(dòng)探測(cè)器244A讀出A/D轉(zhuǎn)換值，并把結(jié)果存便箋式隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器的叫做“DSADCNT”的位置上。這里將較詳細(xì)地說(shuō)明A/D轉(zhuǎn)換的方法。DSADCNT代表抖動(dòng)探測(cè)電壓。為了剝除抖動(dòng)，需要在步驟24A中把抖動(dòng)探測(cè)電壓轉(zhuǎn)換成代表陀螺模塊運(yùn)動(dòng)的角位移。
抖動(dòng)電壓501A(DSADCNT)轉(zhuǎn)換成角位移αN是按下式進(jìn)行的αN＝[KCOMP＋AGC]×DSADCNT。其中KCOMP是一個(gè)補(bǔ)償因子，用來(lái)和AGC因子一起調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換值的大小，AGC是一個(gè)自動(dòng)增益控制因子，用來(lái)幫助補(bǔ)償因溫度，老化等原因而引起的抖動(dòng)探測(cè)特性的變化，DSADCNT是A/D轉(zhuǎn)換后的抖動(dòng)探測(cè)電壓501A。
在圖34的優(yōu)選實(shí)施例中，AGC因子是在步驟22A中從一個(gè)AGC寄存器中獲得的。然后處理進(jìn)入步驟24A，計(jì)算抖動(dòng)角位移αN，它等于KCOMP與AGC的和再乘以DSADCNT。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，補(bǔ)償因子是10000。αN的單位是讀出計(jì)數(shù)(1.11個(gè)讀出計(jì)算＞＞1角秒)，它代表著由DSADCNT寄存器中所代表的電壓的一種轉(zhuǎn)換。然后抖動(dòng)剝除器必須計(jì)算自從上一次采樣處理以來(lái)的抖動(dòng)電機(jī)的角位移變化。處理進(jìn)入步驟26A，從存儲(chǔ)器中讀出抖動(dòng)角位移的上一次計(jì)算值αN-1。然后處理進(jìn)入步驟28A，計(jì)算當(dāng)前角位移αN和上次測(cè)得的角位移αN-1的差值，并把結(jié)果作為變量α△存儲(chǔ)。α△代表陀螺模塊運(yùn)動(dòng)的抖動(dòng)成分。
然后抖動(dòng)剝除器必須計(jì)算MLG測(cè)得的位移變化，以計(jì)算陀螺模塊200的凈慣性位移。處理進(jìn)入步驟30A，從MLG讀出“讀出計(jì)算器”700A的值θN。接著處理進(jìn)入步驟32A，從存儲(chǔ)器中讀出上一次的讀出計(jì)數(shù)器值θN-1。在步驟34中，計(jì)算讀出計(jì)數(shù)器值的差值θ△，它等于θN-θN-1。然后處理進(jìn)入步驟36A，計(jì)算實(shí)際慣性導(dǎo)航轉(zhuǎn)動(dòng)變化角θNET，它等于θ△-α△。
當(dāng)抖動(dòng)信號(hào)被剝除之后，該處理就向使用本發(fā)明的激光角速度傳感器的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)提供θNET。同時(shí)，在步驟38A中處理進(jìn)入到對(duì)AGC系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)的階段。處理進(jìn)入步驟38A，在純輸出上乘以一個(gè)增益調(diào)節(jié)因子K，為了使系統(tǒng)能較快地轉(zhuǎn)換，該因子是在操作本發(fā)明方法之前預(yù)先確定的。在開(kāi)始接通電源期間，K被設(shè)定為一個(gè)高值，然后當(dāng)陀螺趨向于穩(wěn)態(tài)時(shí)K被降低。然后處理進(jìn)入步驟40，根據(jù)θNET和αN的大小來(lái)調(diào)節(jié)自動(dòng)增益控制常數(shù)AGC。如果αN和θNET的正負(fù)號(hào)相同，則AGC被向著正的方向補(bǔ)償。如果αN和θNET的正負(fù)號(hào)不同，則AGC被向著負(fù)的方向補(bǔ)償。然后處理進(jìn)入步驟42，用乘以常數(shù)K的新θNET來(lái)更新一個(gè)自動(dòng)增益控制累加器“AGCACC”。AGC累加器的“AGCACC”值是所有乘以常數(shù)K的θNET的和，其中θNET和K的正負(fù)號(hào)可以是任意的。然后在步驟44中對(duì)AGC系數(shù)作增益限制。然后處理進(jìn)入步驟46，存儲(chǔ)新的AGC系數(shù)，準(zhǔn)備在本發(fā)明方法的步驟22A中重新使用。對(duì)于抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)角位移的每一次新的測(cè)量，該抖動(dòng)剝除方法就重復(fù)一次。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖35，其中示出了用來(lái)剝除MLG的抖動(dòng)信號(hào)的本發(fā)明的抖動(dòng)剝除算法的實(shí)現(xiàn)方法。在圖35中，抖動(dòng)探測(cè)信號(hào)244A的10比特A/D轉(zhuǎn)換值被輸入在信號(hào)線101B上。信號(hào)線101B輸入給一個(gè)求和及乘法單元102A，后者在自動(dòng)增益控制常數(shù)AGC上加上一個(gè)預(yù)定常數(shù)，在本發(fā)明的該實(shí)施例中此常數(shù)確定為1000。這個(gè)和值被乘上寄存器中的DSADCNT值。這樣計(jì)算得到的結(jié)果KCV作為αN被輸出到信號(hào)線116B上。KCV用于MLG的直接抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)方法和設(shè)備。然后在比較器105中對(duì)αN和上一次來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器的采樣值αn-1106進(jìn)行比較。比較器105的輸出α△被提供在一個(gè)32比特總線上，它等于αN/1000-αN-1/1000。為了調(diào)節(jié)測(cè)量的增益、測(cè)量的抖動(dòng)探測(cè)信號(hào)、和存儲(chǔ)的抖動(dòng)角位移，以使它們適合于系統(tǒng)的字長(zhǎng)，最好選用1000這個(gè)數(shù)字。
比較器105的輸出信號(hào)α△通過(guò)信號(hào)線114B被提供給另一個(gè)比較器108A，后者對(duì)陀螺模塊角位移的當(dāng)前變化和由模塊700A所提供的MLG的測(cè)量角位移變化讀出值的變化θ△進(jìn)行比較。然后比較器108A給出θNET，其中θNET＝θ△-α△，它是實(shí)際慣性導(dǎo)航輸出的32比特的數(shù)字表示。該凈輸出被提供在32比特信號(hào)線112B上。θNET輸出也被提供給一個(gè)鎖相轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)121，后者根據(jù)角位移αN和陀螺抖動(dòng)探測(cè)偏置之間的比較關(guān)系來(lái)轉(zhuǎn)換。如果偏置小于αN，則對(duì)θNET的增益調(diào)節(jié)是正的。如果偏置大于角位輸出，則對(duì)θNET的增益調(diào)節(jié)是負(fù)的。經(jīng)過(guò)增益調(diào)節(jié)模塊122A的增益調(diào)節(jié)之后，凈輸出θNET-A被提供在信號(hào)線124A上，它也是一個(gè)32比特的量。θNET-A信號(hào)被提供給累加/積分級(jí)128A，其中表示成32比特的θNET-A被與以前來(lái)自其他剝除循環(huán)的θNET-A值積分在一起。
AGC累加器中的32比特值的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖36所示。圖36示出了32比特的AGC累加寄存器129的高16比特127和低16比特126。然后在處理模塊130中對(duì)累加器的輸出進(jìn)行增益限制，該模塊只提供AGC累加器129的16個(gè)高位比特，作為新的AGC信號(hào)。這個(gè)方法防止了在自動(dòng)增益控制環(huán)180A中引入振蕩和自動(dòng)增益控制中的微小偏離。壽命預(yù)測(cè)再次參見(jiàn)圖1B，那里示出了利用本發(fā)明的壽命預(yù)測(cè)特性的MLG的一個(gè)實(shí)施例的方框圖。本發(fā)明的光程長(zhǎng)度控制系統(tǒng)600形成了一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，它包括激光強(qiáng)度監(jiān)視LIM信號(hào)20和用作激光性能信號(hào)的讀出強(qiáng)度監(jiān)視RIM信號(hào)38。PLC設(shè)備600提供一個(gè)光程長(zhǎng)度控制監(jiān)視PLCMON信號(hào)32、一個(gè)LIM信號(hào)20、和一個(gè)單束信號(hào)SBS36，它們是通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器110連接到控制器100中的。下面將參考圖1B、39和40進(jìn)一步說(shuō)明PLC設(shè)備600。數(shù)字邏輯設(shè)備800向光程長(zhǎng)度控制設(shè)備600提供掃描信號(hào)112、接通信號(hào)116，不接通信號(hào)114、抖動(dòng)信號(hào)118和不抖動(dòng)信號(hào)128?？刂破?00通過(guò)數(shù)字邏輯設(shè)備800提供對(duì)光路長(zhǎng)度傳感器的控制。A/D轉(zhuǎn)換器110可以集成在控制器100中，最好是一個(gè)10比特的A/D轉(zhuǎn)換器?？刂破髯詈靡埠幸粋€(gè)微處理器120。下面對(duì)本發(fā)明的操作進(jìn)行較詳細(xì)的說(shuō)明。
控制器100含有3個(gè)脈寬調(diào)制器，在本發(fā)明的該實(shí)施例中它們用于各種控制功能。第一脈寬調(diào)制器PWMO37用來(lái)以PWMO信號(hào)30控制光路長(zhǎng)度控制設(shè)備600。在控制器100的初始化和控制中使用了一些軟件模塊。這些軟件模塊由含在控制器100內(nèi)的微處理器120運(yùn)行。
圖39和40所示出的是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中所使用的光路長(zhǎng)度控制器的一個(gè)實(shí)施例。圖39和40的光路長(zhǎng)度控制器包括數(shù)字邏輯電路800、掃描信號(hào)112、不接通信號(hào)114、接通信號(hào)116、第一抖動(dòng)信號(hào)118、第二抖動(dòng)線121A、第一積分器122B、第二積分器124B、同步相位解調(diào)器開(kāi)關(guān)126A、放大器128B、以及倒相器130A。還包括有第一組驅(qū)動(dòng)晶體管136、138和第二組驅(qū)動(dòng)晶體管131、132。
掃描線112在MLG200起動(dòng)時(shí)提供一個(gè)3KHz的信號(hào)。掃描線112上所運(yùn)載的信號(hào)標(biāo)作為S WEEP。兩個(gè)開(kāi)關(guān)線114、116也向開(kāi)關(guān)126A提供3KHz的信號(hào)，其中第一開(kāi)關(guān)線114和第二開(kāi)關(guān)線116的相位相差180°。在一個(gè)實(shí)施例中這兩個(gè)開(kāi)關(guān)線分別標(biāo)作S WI TCH(SW)和NOTS WI TCH(NSW)。類似地，抖動(dòng)線118、121分別標(biāo)作DITHER(D)信號(hào)和NOTDITHER(ND)信號(hào)。這兩條線也提供來(lái)自數(shù)字邏輯電路800的3KHz信號(hào)，兩個(gè)信號(hào)的相位互相差180°。抖動(dòng)線和開(kāi)關(guān)線之間的相位相差90°。
在操作時(shí)，數(shù)字邏輯電路在響應(yīng)于控制線111上的來(lái)自控制器100的起動(dòng)指令時(shí)接通掃描線112。同時(shí)，在施加S WEEP信號(hào)的時(shí)期數(shù)字邏輯電路切斷DITHER118和NOTDITHER121線。當(dāng)陀螺已經(jīng)掃描到所希望的激光模式上時(shí)，S WEEP信號(hào)將被除去，而DI THER和NOTDITHER線118、121將被激活。
掃描線的3KHz信號(hào)也與S WI TCH和NOTS WI TCH信號(hào)116、114有關(guān)。根據(jù)要掃描的模式是向上還是向下，掃描線的3KHz信號(hào)可以與某一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)有相同的位相。3KHz的S WEEP信號(hào)通過(guò)一個(gè)交流耦合電容170A連接到第一放大器128B的反相轉(zhuǎn)入端上。然后信號(hào)經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)126A傳向第二積分器124的反相或同相輸入端上。工作時(shí)，如果S WEEP信號(hào)與開(kāi)關(guān)信號(hào)116同相位，則倒相器128B的輸出將可以通向積分器124B的同相輸入端。如果SWEEP信號(hào)與NSW或NOTS WI TCH信號(hào)線114同相位，則S WEEP信號(hào)可以通向第二積分器124B的反相輸入端。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們?cè)谑艿奖竟_(kāi)的啟示之后，將可認(rèn)識(shí)到這些關(guān)系可以用各種組合的處理來(lái)實(shí)現(xiàn)，以產(chǎn)生基本相同的結(jié)果。SWEEP信號(hào)將被接通足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使得積分器在節(jié)點(diǎn)176處的輸出可以達(dá)到足夠高的電壓，以讓MLG掃描到預(yù)定的模式上。節(jié)點(diǎn)176處的PLC監(jiān)視信號(hào)通過(guò)A/D輸入線32被微處理器控制器100所監(jiān)視。
控制線111向數(shù)字邏輯電路800提供控制信號(hào)，以把光路長(zhǎng)度控制器的工作模式從掃描模式轉(zhuǎn)換成運(yùn)行模式。下面將較詳細(xì)地說(shuō)明用來(lái)達(dá)到所希望模式的計(jì)算機(jī)算法。
在A/D輸入端20A上還向控制器100提供激光強(qiáng)度監(jiān)視信號(hào)(“LIM”)。激光強(qiáng)度監(jiān)視信號(hào)是由陀螺模塊200中的光電探測(cè)器160A取得的。該信號(hào)被跨阻放大器150A放大，再輸送給控制器。LIM信號(hào)20通過(guò)電容172的交流耦合被反饋到第一放大器128B的反相輸入端。注意，包括電容172和電阻174的RC電路連接成了一個(gè)高通濾波器，以讓3KHz的抖動(dòng)信號(hào)能通向放大器128B的同相輸入端。因此，在MLG起動(dòng)時(shí)期通常是激活的掃描模式下，當(dāng)DITHER和NOTDITHER線118和121被切斷時(shí)，任何LIM信號(hào)成分都將被電容172阻擋，不會(huì)出現(xiàn)在放大器128B的同相輸入端上。
控制器100向第一積分器122B連續(xù)地輸出脈寬調(diào)制信號(hào)P WMO 30。該P(yáng)WMO信號(hào)被積分器122B轉(zhuǎn)換成光路長(zhǎng)度控制信號(hào)，后者以相反的極性分別提供給晶體管驅(qū)動(dòng)器132A和138。驅(qū)動(dòng)信號(hào)的第二個(gè)成分182A是通過(guò)倒相器130A提供給晶體管132A的，它驅(qū)動(dòng)陀螺模塊中的第二個(gè)調(diào)節(jié)器。來(lái)自第二積分放大器124B的PLC信號(hào)驅(qū)動(dòng)晶體管131和136。PLC信號(hào)，即光路長(zhǎng)度控制信號(hào)是成對(duì)地工作的，以差動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)陀螺中的兩組調(diào)節(jié)器A和B，這兩組調(diào)節(jié)器連接在圖1A中的陀螺模塊的兩個(gè)反射鏡13和15上。在圖39和40中，兩個(gè)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器表示成元件1202A和1204A。眾所周知，實(shí)際上它們典型地是壓電元件。在一個(gè)實(shí)施例中，壓電調(diào)節(jié)元件1202A和1204A具有連接在最負(fù)的電壓-280V上的中央端。通過(guò)這種方式，壓電元件始終不會(huì)受到負(fù)極性的電壓，從而減少了遲滯現(xiàn)象。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，有一個(gè)由晶體管140、142以及電阻元件190、192、194和196所組成的恒流源，它向每一臂的調(diào)節(jié)差動(dòng)驅(qū)動(dòng)晶體管對(duì)(131、132)和(136、138)提供約0.3mA的電流。
差動(dòng)晶體管對(duì)根據(jù)S WEEP信號(hào)或者交流抖動(dòng)信號(hào)緩慢地把調(diào)節(jié)器的直流位置驅(qū)動(dòng)到所需的位置上，以尋找峰值LIM信號(hào)。PWMO脈寬調(diào)制信號(hào)只用來(lái)差動(dòng)地移動(dòng)反射鏡以達(dá)到BDI和RDI。同步相位解調(diào)器根據(jù)放大的LIM信號(hào)20的相位來(lái)連續(xù)地尋找峰值LIM信號(hào)。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖37，那里示出了以920B軸表示的MLG性能和以922軸表示的時(shí)間之間的關(guān)系曲線的一個(gè)例子。該例子的MLG在多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)上有一些采樣數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)點(diǎn)924對(duì)應(yīng)著95000小時(shí)。數(shù)據(jù)點(diǎn)926對(duì)應(yīng)著95100小時(shí)。數(shù)據(jù)點(diǎn)927對(duì)應(yīng)著95200小時(shí)的MLG壽命。數(shù)據(jù)點(diǎn)928對(duì)應(yīng)著95300小時(shí)的MLG壽命。數(shù)據(jù)點(diǎn)929對(duì)應(yīng)著95400小時(shí)的MLG壽命。數(shù)據(jù)點(diǎn)930A對(duì)應(yīng)著95500小時(shí)的MLG壽命。最后，數(shù)據(jù)點(diǎn)931對(duì)應(yīng)著95600小時(shí)的MLG壽命。圖37還以直線934A示出了最小可接受的性能水平，該直線是對(duì)應(yīng)于軸920B上數(shù)據(jù)點(diǎn)P0的恒定性能參數(shù)。圖37示出了最近1000小時(shí)以來(lái)工作的假設(shè)的老化曲線形狀，并示出了距離失效的估計(jì)時(shí)間大約是1500小時(shí)。可以看出，性能參數(shù)P的大小從點(diǎn)935A處的P1下降到點(diǎn)934A處的P0?？梢杂萌魏伪炯夹g(shù)領(lǐng)域內(nèi)周知的曲線擬合方法來(lái)擬合數(shù)據(jù)點(diǎn)組924-931。在圖37的例子中該曲線是一個(gè)二次方程曲線999。即性能參數(shù)等于K1＋K2T＋K3T2，其中K1、K2和K3是從性能數(shù)據(jù)組計(jì)算得到的系數(shù)，T是軸922上所示的時(shí)間。圖37中的數(shù)據(jù)是在溫度T＝T特征下取得的。壽命TLIFE定義為性能極限線934A和擬合曲線925A的交點(diǎn)。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們將會(huì)看到，對(duì)于每一個(gè)溫度值將存在有一條類似于圖37的特定的壽命特性曲線。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖38，其中示出了利用性能處理器352A的本發(fā)明MLG壽命預(yù)測(cè)設(shè)備。一個(gè)真實(shí)時(shí)間時(shí)鐘350B向一個(gè)倉(cāng)式(BIN)處理器351A輸送日期時(shí)間。倉(cāng)式處理器根據(jù)時(shí)間和預(yù)定的倉(cāng)分配選出一個(gè)適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)倉(cāng)。激光陀螺200向一個(gè)性能參數(shù)獲取系統(tǒng)353B提供一組性能參數(shù)，例如RIM、LIM、和每個(gè)模式的電壓等信號(hào)。性能參數(shù)獲取系統(tǒng)向性能處理器提供所需的性能參數(shù)。起動(dòng)模式傳感器354A確定MLG是否處于起動(dòng)模式，并向性能參數(shù)獲取系統(tǒng)353B提供其他的性能參數(shù)。溫度傳感器33監(jiān)測(cè)陀螺200的溫度，并向性能處理器352A提供當(dāng)前溫度。性能處理器352A執(zhí)行關(guān)于計(jì)算正確倉(cāng)中的性能參數(shù)和溫度范圍的方法，以存儲(chǔ)到存儲(chǔ)裝置355A的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。然后性能處理器352A向壽命估計(jì)器356提供所涉及到的每個(gè)存儲(chǔ)倉(cāng)中的當(dāng)前參數(shù)。然后壽命估計(jì)器356向外部系統(tǒng)提供壽命估計(jì)357A和警告358。單變壓器設(shè)計(jì)MLG10含有一個(gè)控制器100、一個(gè)MLG模塊200、一個(gè)主動(dòng)電流控制器300，一個(gè)抖動(dòng)探測(cè)放大器400、一個(gè)直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器500、一個(gè)光路長(zhǎng)度控制(PLC)裝置600，一個(gè)讀出器700、和一個(gè)數(shù)字邏輯電路800。MLG10還包括一個(gè)高壓起動(dòng)模塊350，它向激光器模塊200和主動(dòng)電流控制器300提供電源。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖41，其中示出了模塊式陀螺電源的總框圖，該模塊式陀螺電源328由一個(gè)15V的直流電源203C供電。模塊式陀螺電源包括一個(gè)功率為1.5W的DC/DC(直流/直流)轉(zhuǎn)換器。該DC/DC轉(zhuǎn)換器的體積小于0.2立方英寸。DC/DC轉(zhuǎn)換器通過(guò)接地線207E接地。DC/DC轉(zhuǎn)換器202B的輸出是三種不同的直流電壓。第一，直流320V的抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)和起動(dòng)電壓提供在電壓電源線204C上。第二直流-280V的光路長(zhǎng)度控制和偏置漂移改進(jìn)電源電壓提供在電壓電源線205C上。第三，直流-500V的運(yùn)行電壓提供在電壓電源線206C上。模塊式陀螺電源提供了一個(gè)緊湊高效的DC/DC轉(zhuǎn)換器電源。
總之，一個(gè)名義值為直流+15V的單個(gè)輸入電壓產(chǎn)生了三個(gè)高輸出電壓1)+320V直流，用于直接抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)和起動(dòng)電路；2)-280V，用于光路長(zhǎng)度控制和BDI或RDI；3)-500V，用于主動(dòng)電流控制。該電源的總體積小于0.2立方英寸?？偣β氏臑?.5W。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖42，那里詳細(xì)地示出了本發(fā)明電源設(shè)備的電路原理本發(fā)明的MLG10使用一個(gè)廉價(jià)的小的內(nèi)部變壓器210C。該單個(gè)變壓器210C用于Royer振蕩器，以獲得高效(80％)的DC/DC轉(zhuǎn)換。
變壓器210C含有4個(gè)帶中心抽頭的繞阻。繞阻227的第一端231連接在晶體管218B的集電極上。晶體管218B的基極211B連接在帶中心抽頭的繞阻229的第三端242B上。第一繞阻227的第二端(中心抽頭)232A連接在15V電源203D上。電容C1215C與電阻R1216C并連，也連接在15V電源203D的一端。繞阻227的第三端233A連接在晶體管217A的集電極214B上，該晶體管和晶體管218B連接成接地的共發(fā)射極形式。晶體管217A的基極212B連接在繞阻229的第一端240A上。第二繞阻的中心抽頭241A通過(guò)電阻R2220D接地。該接線端241A還連接到電阻R1 216C的另一端，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中該電阻和R2 220D都是5kΩ。第三繞阻228B連接到變壓器二極管221A上，向直接抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)和抖動(dòng)起動(dòng)器225A提供300V的電源204C。該繞阻的中心抽頭238B連接在直接抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器225A的另一端上。第三繞阻228B的輸出端是239A端，它也連接在300V的電源204C上。第四繞阻230A的第一端238B通過(guò)二極管223A向光程長(zhǎng)度控制器226B提供-500V的電源。繞阻230A的中心抽頭235A連接在光路長(zhǎng)度控制器226A的另一端。第四繞阻230A也有一個(gè)第三接線端236B，它通過(guò)二極管224C連接在-500V電源線206C上。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)線的粗細(xì)是46號(hào)。DC/DC轉(zhuǎn)換變壓器的底腳適配在一個(gè)外殼中。變壓器的兩個(gè)尺寸為0.63英寸和0.36英寸，它的外部接線端在圓形容器的外周上，互相隔開(kāi)30°。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖43，其中示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。由初級(jí)繞阻1、2、3，反饋繞阻11、12、13和晶體管218B、217A構(gòu)成了一個(gè)基本的Royer振蕩電路。二極晶體管218B和217A由微處理器控制，以保證可靠的起動(dòng)。
起動(dòng)之后，晶體管218B和217A被切斷，實(shí)際上脫離了電路。起動(dòng)之后該電路完全靠Royer電路工作。自振頻率將會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)到具有最佳效率，并避免磁芯的深度飽和，減少EMI輻射(電磁輻射)。
在該例子中，“有兩個(gè)次級(jí)變壓器繞阻。一個(gè)用于±320V，另一個(gè)用于-500V。為了減少齊納二極管的數(shù)量，兩個(gè)次級(jí)繞阻可以共用一個(gè)由三個(gè)齊納管組成的齊納管堆。齊納二極管250B和251一起產(chǎn)生-280VDC，而加上了180VDC的齊納管252B之后三個(gè)管子一起將產(chǎn)生-460VDC。
晶體管257和254A是串連穩(wěn)壓器。起動(dòng)時(shí)晶體管243和244D將接通，使晶體管218B和217A截止。
經(jīng)過(guò)一個(gè)短時(shí)間，1ms，之后，晶體管243在晶體管244D截止之前截止。這保證了晶體管218B在晶體管217A導(dǎo)通之前導(dǎo)通，從而避免了Royer振蕩器中典型存在的亞穩(wěn)態(tài)問(wèn)題。變壓器210E包括4個(gè)帶中心抽頭的繞阻。繞阻227的第一端231連接在晶體管218B的集電極上。晶體管218B的基極端211B連接在繞阻229的第三端242B上。第一繞阻227的第二端即中心抽頭232A連接在15V電源203D上。電容C1215C和電阻R1 216C相關(guān)聯(lián)，它們也連接在15V電源203D的一個(gè)端上，繞阻227的第三端233A連接在第二晶體管217A的集電極214B上，該晶體管和晶體管218B的發(fā)射極都接地207E。晶體管217A的基極212B連接在繞阻229的第一端240A上。第二繞阻229的中心抽頭通過(guò)電阻R2 220D接地。繞阻229的中心抽頭241A還連接到電阻R1 216C的另一端，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中該電阻和R2都是5kΩ。第三繞阻228B連接到二極管221A上，以向直接抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器225A提供±320V的電源204C。繞阻228B的中心抽頭238連接在直接抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器225A的另一端。第三繞阻228B的輸出端239也連接到±320V電源204C上。第四繞阻230A的第一端234B通過(guò)二極管223向光路長(zhǎng)度控制器226提供-500V電源。第四繞阻230A的第三端236B通過(guò)二極管224C也連接在-500V電源線206C上。
在一個(gè)例子中，晶體管218B的基極通過(guò)FET(場(chǎng)效應(yīng)管)開(kāi)關(guān)243受到經(jīng)微處理器控制的HSO1的控制。晶體管217A被第二FET開(kāi)關(guān)244D控制，后者又受HSO2的控制。第三繞阻228B的輸出通過(guò)二極管網(wǎng)絡(luò)向抖動(dòng)電機(jī)和抖動(dòng)起動(dòng)電路提供電源。-500V電源206C的輸出提供給一個(gè)齊納二極管網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)電阻1M 253提供了0.05mA的電流。晶體管T5 257通過(guò)電阻258A向BDI電路提供-280V的電源。在0.056mF的光路長(zhǎng)度控制器226B上提供了0.3mA的光路長(zhǎng)度控制電流。晶體管T6 254A通過(guò)連接在其發(fā)射極上的10kΩ電阻255在0.022mF的電容256A上提供1.2mA的運(yùn)行電流。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖44，其中示出了HSO1(高速輸出1)和HSO2的控制曲線。微控制器HSO的時(shí)序圖向DC/DC轉(zhuǎn)換器電源提供了可靠的起動(dòng)。這防止了任何控制晶體管進(jìn)入不希望的狀態(tài)。HSO1被保持一段時(shí)間的約5V的高電壓，其后HSO1電壓下降到0V，而HSO2信號(hào)則繼續(xù)保持5V一段時(shí)間，直到T1+T超過(guò)T1+(1/2f)，其中f是電源頻率。內(nèi)部檢測(cè)現(xiàn)在再次參見(jiàn)圖1B。MLG10包括一個(gè)含有內(nèi)部檢測(cè)設(shè)備(BITE)寄存器334的控制器100。微控制器100還含有一個(gè)通用異步接收發(fā)送機(jī)(UART)202，后者通過(guò)發(fā)送線206和接收線204與外部系統(tǒng)210通信。
數(shù)據(jù)是從陀螺10通過(guò)輸出通道以預(yù)定的更新頻率連續(xù)地傳送給外部系統(tǒng)的。這是為了從微處理機(jī)120向外部系統(tǒng)210提供當(dāng)前的慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)，其中還可以包括編碼在狀態(tài)字節(jié)中的其他信息。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖13，其中示出了使用一個(gè)外部系統(tǒng)210C的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，如這里所說(shuō)的那樣，該外部系統(tǒng)與MLG10進(jìn)行通信。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們可以理解，成批的檢測(cè)指令可以被安裝載到外部系統(tǒng)210C中用來(lái)在長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)周期性地監(jiān)視MLG系統(tǒng)10的性能。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖45，其中示出了用來(lái)監(jiān)視直接抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器500的本發(fā)明方法，直接抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器設(shè)定一個(gè)表明抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)是否正常的比特位。如果抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)正常，則該比特設(shè)定為高；如不正常則設(shè)定為低。步驟868A檢查在功能寄存器中是否設(shè)定了抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)工作比特。在步驟870A中，如果設(shè)定了抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)工作比特，則在步驟822A中設(shè)定比特0，以表明抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)正在工作。如果沒(méi)有設(shè)定抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)工作比特，則處理進(jìn)入步驟874A，清除BITE寄存器334的比特0。這表明抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)不正常。當(dāng)外部系統(tǒng)讀出該BITE狀態(tài)寄存器334時(shí)，比特0可能指示無(wú)效的抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)。不論何種情形，該處理都在步驟876A處結(jié)束。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖46，其中示意性地示出了本發(fā)明監(jiān)視讀出計(jì)數(shù)器的方法。讀出計(jì)數(shù)器有一個(gè)預(yù)定的高限，它存儲(chǔ)在EEPROM102中。讀出計(jì)數(shù)器監(jiān)視方法從步驟878A的由陀螺10輸入一個(gè)讀出計(jì)數(shù)器值開(kāi)始。然后在步驟880A中從EEPROM102取出讀出計(jì)數(shù)器的高限。在步驟882A中，判斷讀出計(jì)數(shù)器值是否大于預(yù)定高限。如果大于高限，則處理進(jìn)入步驟884A，把BITE寄存器的比特1設(shè)置為1。這表明讀出計(jì)數(shù)器不正常。如果讀出計(jì)數(shù)器值小于高限，則處理進(jìn)入步驟886A，把BITE寄存器的比特1設(shè)置為0。這表明讀出計(jì)數(shù)器正常，不論哪種情形，該處理都在步驟888中結(jié)束。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖47，其中示出了MLG10檢驗(yàn)激光驅(qū)動(dòng)電路的方法。關(guān)于激光驅(qū)動(dòng)電路參見(jiàn)圖4中的BITE1和BITE2，它們?cè)诳刂破?00中經(jīng)過(guò)了A/D轉(zhuǎn)換。激光驅(qū)動(dòng)電路監(jiān)視處理從步驟890開(kāi)始，在那里對(duì)主動(dòng)電流控制的比特1第一臂進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，如圖4所示。然后處理進(jìn)入步驟892，檢驗(yàn)第一壁是否位在陀螺起動(dòng)時(shí)預(yù)先確定的窗口中。電流的限制值存儲(chǔ)在EEPROM102中。如果第一臂電流不在窗口內(nèi)，則處理進(jìn)入步驟894，設(shè)置BITE寄存器334的比特2，以表明第一臂電流不在限制值內(nèi)。如果第一臂在預(yù)定窗口內(nèi)，則處理進(jìn)入步驟896，把BITE寄存器的比特又設(shè)置為0。然后處理進(jìn)入步驟898，對(duì)主動(dòng)電流控制環(huán)的比特2第二臂進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。然后處理進(jìn)入步驟912B，檢查第二臂是否在第二臂窗口內(nèi)。如果不在，則處理進(jìn)入步驟914B，設(shè)定BITE寄存器334的比特3，以表明第二臂不在窗口內(nèi)。如果第二臂電流在窗口內(nèi)，則處理進(jìn)入步驟916A，把BITE寄存器334的比特3設(shè)置為0。不論何種情形，該處理都于步驟918A結(jié)束。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖48，其中示出了本發(fā)明傳感溫度的方法。溫度傳感器的限制值檢驗(yàn)從步驟920C的背景中斷期間進(jìn)行的A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)始。處理進(jìn)入步驟922A，從EEPROM102中讀出溫度值的上下限。在步驟924A中，檢查溫度是太高，太低，還是在限定范圍之內(nèi)。如果溫度太低，則處理進(jìn)入步驟926A，把BITE寄存器334的比特4設(shè)置為1，這表明陀螺溫度在低的一側(cè)超出了限定范圍。如果溫度太高，則處理從步驟924A進(jìn)入930B，設(shè)定BITE寄存器334的比特5，以表明陀螺溫度過(guò)高。如果溫度處在限定范圍之內(nèi)，則進(jìn)入步驟928A，把BITE寄存器334的比特4和比特5設(shè)置0，不論何種情形，該處理都進(jìn)入步驟932B，并在那里結(jié)束。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖49，其中示出了探測(cè)是否存在有采樣脈沖丟失的本發(fā)明方法，該探測(cè)通過(guò)計(jì)算并預(yù)測(cè)發(fā)生下一個(gè)系統(tǒng)采樣時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)。采樣時(shí)鐘的重要性在于，外部系統(tǒng)需要得到同步于在整個(gè)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中統(tǒng)一的外部時(shí)鐘的慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)。如果沒(méi)有這個(gè)能力，則慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)將可能被異步地提供，造成慣性位置估計(jì)的不精確。
圖49的處理在剛初始化時(shí)在步驟150A中起動(dòng)一個(gè)計(jì)數(shù)器。然后處理進(jìn)入步驟152A，獲取來(lái)自系統(tǒng)的采樣時(shí)鐘的采樣脈沖邊緣，后者在步驟154A中產(chǎn)生一個(gè)中斷。然后該中斷起動(dòng)一個(gè)稱之為中斷環(huán)170的處理。中斷環(huán)安排A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)產(chǎn)生中斷時(shí)，在步驟156A中把步驟150A的計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值作為TNEW(新T)存儲(chǔ)起來(lái)。然后處理進(jìn)入步驟158A，從存儲(chǔ)器中讀出上一次發(fā)生中斷的時(shí)間TOLD(老T)。然后處理進(jìn)入步驟160B，計(jì)算上一次中斷和新中斷之間的時(shí)間差△TNEW。然后處理進(jìn)入步驟151，計(jì)算采樣脈沖的預(yù)期窗口TWIN，它等于TOLD+△TOLD。處理進(jìn)入判斷步驟153，檢查新時(shí)間是否在預(yù)期的窗口內(nèi)。如果新時(shí)間符合預(yù)測(cè)的采樣頻率，則在步驟155中清除BITE寄存器334中的丟失采樣脈沖比特位。如果新時(shí)間不符合預(yù)測(cè)的采樣頻率，則處理進(jìn)入步驟157，設(shè)定BITE寄存器334中的丟失采樣脈沖比特位。不論何種情形，該處理都回到步驟162A。
在步驟162A中，在微處理器的高速輸出中建立A/D轉(zhuǎn)換。發(fā)生高速輸出的新時(shí)刻是TNEW+△TNEW。然后處理進(jìn)入步驟164A，設(shè)定TOLD為TNEW，然后處理返回步驟152A，獲取下一個(gè)采樣時(shí)鐘。圖49的方法動(dòng)態(tài)地補(bǔ)償了系統(tǒng)采樣時(shí)鐘周期的變化，從而動(dòng)態(tài)地跟蹤了系統(tǒng)采樣時(shí)鐘的行為。A/D轉(zhuǎn)換步驟162A也為直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)所利用。抖動(dòng)剝除器增益校正現(xiàn)在參見(jiàn)圖51，其中示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所采用的用來(lái)采樣抖動(dòng)信號(hào)的采樣方法的圖形。曲線5710代表一個(gè)正比于抖動(dòng)角α的抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由曲線5710所代表的抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)典型地可以由安裝在環(huán)形激光陀螺的抖動(dòng)電機(jī)上的壓電元件產(chǎn)生。如前所述這種機(jī)構(gòu)在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)是眾所周知的。根據(jù)本發(fā)明，峰值振幅P1、P2、P3、…Pn可以在相應(yīng)的時(shí)刻t1、t2、t3…tn探測(cè)到。除了讀出這些峰值振幅之外，還可以在每個(gè)同樣的相應(yīng)時(shí)刻t1、t2、t3…tn上同時(shí)探測(cè)出環(huán)形激光陀螺的輸出角。
本發(fā)明的方法除了提供峰值探測(cè)之外，還提供用來(lái)探測(cè)過(guò)零點(diǎn)Z1、Z2、Z3…Zn的手段。這些測(cè)量在時(shí)刻tz1、tz2、tz3…tzn上進(jìn)行。這些抖動(dòng)角信號(hào)過(guò)零時(shí)刻在本發(fā)明方法中用來(lái)確定相位角誤差，如下面將進(jìn)一步討論的。
如下面將較詳細(xì)地說(shuō)明的那樣，利用本發(fā)明的方法和設(shè)備，經(jīng)剝除后的陀螺角的數(shù)值的變化，或者也可以稱作是陀螺凈輸出的變化△φ是根據(jù)下式計(jì)算的△φ＝(φn-φn-1)-(αn-αn-1)K，其中K是在為了產(chǎn)生剝除后的陀螺角輸出而從未經(jīng)剝除的陀螺角中剝除掉抖動(dòng)信號(hào)成分時(shí)作用于抖動(dòng)信號(hào)的一個(gè)增益校正因子。φn的含義與前述表達(dá)式中的一樣，代表在時(shí)刻tn所采樣的未剝除陀螺角。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，K也被叫做DSGAIN。然后這些具有αn的正負(fù)號(hào)的△φ被在一個(gè)積分器中求和，以校正K的值。利用本發(fā)明方法，因?yàn)棣羘和αn-1在時(shí)間上對(duì)應(yīng)于所選定的峰值振幅的時(shí)刻，在典型情形下它們分開(kāi)得較寬，所以△φ的值具有基本上最大的靈敏度。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖31A，其中示出用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的抖動(dòng)剝除方法的微控制器設(shè)備的方框圖。該設(shè)備包括微控制器100，數(shù)字邏輯電路3410、第一A/D轉(zhuǎn)換器3428、讀出放大器3414、溫度傳感器33、抖動(dòng)探測(cè)設(shè)備2024、和抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路3402。該微控制器可以包括任意個(gè)數(shù)的普通微控制器。微控制器100的電路板上最好還有一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器110。抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路3402接收抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)3404，以便通過(guò)驅(qū)動(dòng)線3423以普通的方式驅(qū)動(dòng)環(huán)形激光陀螺中的抖動(dòng)電機(jī)。抖動(dòng)探測(cè)信號(hào)3422從驅(qū)動(dòng)元件接收，在本例子中從一些壓電元件(PZT)接收。抖動(dòng)探測(cè)信號(hào)3422被抖動(dòng)探測(cè)設(shè)備2024中的一個(gè)放大器3424放大，然后由抖動(dòng)探測(cè)設(shè)備提供在線2306和3426上。線2306連接在第二A/D轉(zhuǎn)換器2304的第一輸入端上。線3426連接在第一A/D轉(zhuǎn)換器3428的一個(gè)輸入端上。溫度傳感器33在線31上輸出一個(gè)溫度信號(hào)，它也被第二A/D轉(zhuǎn)換器110的第二輸入端所接收。
來(lái)自環(huán)形激光陀螺的讀出計(jì)數(shù)由線1720上的探測(cè)器A和線1722上的探測(cè)器B接收。讀出放大器分別在A、B通道3416和3418上向數(shù)字邏輯電路3410提供放大的計(jì)數(shù)信號(hào)。數(shù)字邏輯電路3410還通過(guò)接口總線3429連接到第一A/D轉(zhuǎn)換器3428上，以接收數(shù)字化的抖動(dòng)探測(cè)信號(hào)。數(shù)字邏輯電路還通過(guò)總線3412連接到微控制器上，以便以普通的方式發(fā)送數(shù)據(jù)和地址。采樣請(qǐng)求線2390用于外部系統(tǒng)對(duì)陀螺輸出數(shù)據(jù)的采樣請(qǐng)求。采樣請(qǐng)求線2390象中斷那樣工作，以提供所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)。
在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字邏輯電路3410包括一個(gè)由“ACTEL”制造的A1225型集成電路。數(shù)字邏輯電路3410的更詳細(xì)的說(shuō)明如圖52所示。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們可以看到，為了向模塊式環(huán)形激光陀螺加上更多的性能，可以在微控制器中加上其他的元部件。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖52，其中示出了數(shù)字邏輯電路3410的較詳細(xì)的方框圖。數(shù)字邏輯電路3410包括A/D控制邏輯電路2348、第一鎖存器2362、第二鎖存器2368、多路轉(zhuǎn)換器2350、地址解碼器2354、向上/向下計(jì)數(shù)邏輯電路2376，和可逆計(jì)數(shù)器2374。來(lái)自第一A/D轉(zhuǎn)換器3428的線組5829包括一個(gè)A/D串行數(shù)據(jù)線2378、一個(gè)芯片選擇線2380和一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘線2382。A/D控制邏輯電路2348還接收來(lái)自外部數(shù)據(jù)請(qǐng)求的采樣請(qǐng)求線2390。A/D控制邏輯電路2348接收A/D串行數(shù)據(jù)線2378上的抖動(dòng)探測(cè)信息。然后A/D控制邏輯電路2348處理A/D串行數(shù)據(jù)2378，以通過(guò)絲2356向多路轉(zhuǎn)換器2350提供抖動(dòng)角α的值。
向上/向下計(jì)數(shù)邏輯電路2376接收通道3416上的來(lái)自環(huán)形激光陀螺的讀出值A(chǔ)和通道3418上的來(lái)自環(huán)形激光陀螺的讀出值B。向上/向下計(jì)數(shù)邏輯電路2376以眾知的方式處理讀出信息，并把它傳送給可逆計(jì)數(shù)器2374。來(lái)自可逆計(jì)數(shù)器2374的數(shù)字被提供給鎖存器2362和2368。第一鎖存器2362在圖51所示抖動(dòng)信號(hào)的每個(gè)峰值點(diǎn)和過(guò)零點(diǎn)處被微控制器3406通過(guò)控制線2394激活。第二鎖存器2368被加在采樣請(qǐng)求線2390上的外部請(qǐng)求所產(chǎn)生的控制線2360上的激活信號(hào)所激活。當(dāng)?shù)诙i存器2368被激活時(shí)，它鎖存計(jì)數(shù)器的輸出2366，該輸出作為環(huán)形激光陀螺的計(jì)數(shù)角θ通過(guò)線2370被發(fā)送給多路轉(zhuǎn)換器2350。根據(jù)微控制器通過(guò)線2352向地址解碼器2354所提供的地址的不同，地址解碼器借助于線2355上的控制信號(hào)來(lái)控制多路轉(zhuǎn)換器2350，使抖動(dòng)角α、陀螺角φ或陀螺角θ通過(guò)多路轉(zhuǎn)換器2350轉(zhuǎn)換到總線3412上。
為了理解圖52，注意到環(huán)形激光陀螺的計(jì)數(shù)角θ和φ可以具有相同的值是有用的。也就是說(shuō)，它們都具有未剝除時(shí)的陀螺角的值。不過(guò)，角φ僅在與前述結(jié)合圖51所說(shuō)明的抖動(dòng)探測(cè)信號(hào)的峰值點(diǎn)和過(guò)零點(diǎn)基本上相同的時(shí)刻上才被鎖存。反之，角φ是在處理外部系統(tǒng)的請(qǐng)求時(shí)所取的陀螺計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)。外部系統(tǒng)的請(qǐng)求可以發(fā)生在任何時(shí)刻。此外，提供給外部系統(tǒng)的角θ可以是一個(gè)經(jīng)過(guò)校正的角度，其校正是通過(guò)以類擬于這里所討論的為內(nèi)部使用而設(shè)計(jì)的推導(dǎo)剝除陀螺角輸出的方式，而施加以前的校正因子來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖53，那里示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中用來(lái)計(jì)算剝除陀螺輸出角的變化△θg的方法和設(shè)備的原理方框圖。壓電元件(PZT)或其他抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件3420向放大器3424提供一個(gè)抖動(dòng)信號(hào)3422，該放大器向第一A/D轉(zhuǎn)換器3428輸出一個(gè)放大的抖動(dòng)信號(hào)3426。第一A/D轉(zhuǎn)換器3428把從線3426上接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成線3430上的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)，后者被提供給標(biāo)為DSGAIN的增益元件3432。DSGAIN3432在線3434上的輸出是抖動(dòng)角α。線3434上的抖動(dòng)角α在第一求和結(jié)點(diǎn)3436處被加上由相位校正設(shè)備3440在線3441上提供的相位校正量。第一求和結(jié)點(diǎn)3436在線3442上的輸出被提供給第二求和結(jié)點(diǎn)3444，在那里它被減去由非線性校正設(shè)備3484提供在線3486上的一個(gè)非線性校正因子。然后第二求和地點(diǎn)3444通過(guò)線3446向第三求和結(jié)點(diǎn)3447提供一個(gè)校正后的信號(hào)，在該結(jié)點(diǎn)處該信號(hào)被減去由存儲(chǔ)裝置3450以通常方式所提供的以前的抖動(dòng)角。然后，該差值通過(guò)線3452被提供給第四求和結(jié)點(diǎn)3458，在那里它被加上存儲(chǔ)在存儲(chǔ)元件3453中的以前陀螺角，并減去可以量存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置3454中的當(dāng)前陀螺角。第四求和結(jié)點(diǎn)的輸出通過(guò)線3460被提供給第五求和結(jié)點(diǎn)3461，在那里它被加上來(lái)自模塊3476的偏置和熱偏置項(xiàng)K1、K2、K3以及當(dāng)前偏置項(xiàng)KI。是否使用當(dāng)前偏置項(xiàng)KI是任選的。KI可以由工廠的標(biāo)定測(cè)量確定。輸出通過(guò)線3463提供給第六求和結(jié)點(diǎn)3466，在那里被加上溫度計(jì)數(shù)K4、K5和K6。在第七求和結(jié)點(diǎn)3470處第六求和結(jié)點(diǎn)3466的輸出被加上由模塊3482在線3480上所提供的定標(biāo)因子校正，從而給出本例子中最終的剝除陀螺角△θg。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，抖動(dòng)剝除和整個(gè)本說(shuō)明書中所說(shuō)明的有關(guān)計(jì)算都可以通過(guò)參照剝除的和未剝除的陀螺角自身來(lái)完成，而不必利用剝除陀螺角的變化量。該另一個(gè)方法免除了減去以前抖動(dòng)角和以前陀螺角的需要，這是因?yàn)樗奂恿怂械慕嵌葋?lái)提供代表陀螺角輸出的計(jì)數(shù)。剝除陀螺角也可以表示為所有剝除陀螺角的變化的總和。
對(duì)陀螺和抖動(dòng)的計(jì)數(shù)的校正和調(diào)整至少可以達(dá)到1.0個(gè)計(jì)數(shù)的分辨率，而且還可以達(dá)到小得多的值，即可以低到0.1個(gè)計(jì)數(shù)的分辨率。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們也可以看出，上述各個(gè)項(xiàng)可以以任意的次序來(lái)求和。
非線性校正量是一個(gè)常數(shù)值。它存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)裝置內(nèi)，例如存儲(chǔ)在圖31A中的EEPROM1007內(nèi)。本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中所采用的值近似為CORR＝((ALPHA－ZERO)＋8)2＋5000其中，CORR為校正量，ALPHA為當(dāng)前測(cè)得的抖動(dòng)探測(cè)角，以及ZERO為計(jì)算的抖動(dòng)角(即假定的中間值)或零點(diǎn)值。
數(shù)值5000只是一個(gè)例子，它可以隨例如溫度而改變。該校正是對(duì)正非線性情形而言的，也就是說(shuō)，如果測(cè)得的角度因太大而需要從測(cè)量值中減去該校正量，從而使測(cè)量值減小。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們可以看出，也可以采用其他的非線性公式，例如用三次方程來(lái)代替二次方程。
探測(cè)電壓和陀螺角之間的相位誤差校正設(shè)備3440可以通過(guò)在陀螺抖動(dòng)角位置上測(cè)量相位誤差角來(lái)進(jìn)行推導(dǎo)。對(duì)應(yīng)于外部系統(tǒng)請(qǐng)求時(shí)刻的其他角度處的相位誤差最好通過(guò)一個(gè)查找表來(lái)尋找，該查找表包括一個(gè)預(yù)定的誤差校正函數(shù)的數(shù)值，例如余弦函數(shù)或正弦函數(shù)的數(shù)值，這些數(shù)值是以峰值抖動(dòng)角的百分比來(lái)表示的。
在一個(gè)例子中，圖55所示的相位環(huán)確定了正向過(guò)零點(diǎn)和負(fù)向過(guò)零點(diǎn)處的相位誤差計(jì)數(shù)。這樣得到的值叫做MAXPHASE(最大相位)，它是一個(gè)有正負(fù)號(hào)的量。當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)采樣請(qǐng)求時(shí)，典型的情況是它出現(xiàn)在抖動(dòng)周期中的任意一個(gè)相位角下。通過(guò)在出現(xiàn)請(qǐng)求時(shí)的相位角上測(cè)量抖動(dòng)角，并且對(duì)測(cè)得的抖動(dòng)角和最大指令抖動(dòng)角ALPHAMAX進(jìn)行比較，就可以確定抖動(dòng)周期中的相位角的正弦。然后可以把相位校正理確定為抖動(dòng)周期相位角的余弦乘以MAXPHASE?？梢允褂靡粋€(gè)關(guān)于正弦值和余弦值的對(duì)應(yīng)關(guān)系的簡(jiǎn)單查找表來(lái)查找相位校正量。
在求和結(jié)點(diǎn)3447處，從當(dāng)前抖動(dòng)角值中減去以前值，從而產(chǎn)生了角度變化量。在考慮這一處理時(shí)必須注意到，RLG(環(huán)形激光陀螺)是一種積分或速率陀螺，其輸出代表輸入速率和陀螺輸入軸的點(diǎn)積的積分。這個(gè)相減處理還用來(lái)保證它不可能在陀螺輸出中引進(jìn)誤差。這個(gè)輸入角的變化△α是RLG在求和結(jié)點(diǎn)3458處所進(jìn)行的基本測(cè)量。
下面討論偏置常數(shù)的確定。偏置校正每秒鐘進(jìn)行一次，它的過(guò)程是讀出存儲(chǔ)的系數(shù)K1、K2、K3，并按下式計(jì)算計(jì)數(shù)誤差DELTADELTA＝K1＋K2×TMP＋K3＋TUP2＋DELTAR其中，TMP為溫度的濾波值DELTA為計(jì)數(shù)校正量DELTAR為DELTA的余數(shù)(大于1個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)精度為0.001個(gè)計(jì)數(shù))。
每秒一次對(duì)當(dāng)前的濾波溫度TMP和稱之為TMPP的以前溫度進(jìn)行比較。在一個(gè)例子中，如果兩者之差的絕對(duì)值大于0.2°F，也即對(duì)應(yīng)于校正量大于0.1角秒；則按下式計(jì)算校正量，并用它來(lái)校正陀螺的輸出DELTA＝(TMP－TMPP)×(K4＋(TMP＋TMPP)/2×K5)＋DELTART TMPP＝TMP
這個(gè)校正值可以以0.1個(gè)計(jì)數(shù)的增量加到輸出角上，而任何0.001個(gè)計(jì)數(shù)的剩余角度則留下作DELTART。這樣就保持了0.001度/小時(shí)的精度。注間，一個(gè)計(jì)數(shù)對(duì)應(yīng)于1.1123角秒，1個(gè)計(jì)數(shù)/秒則對(duì)應(yīng)著1.112度/小時(shí)。在MLG的一個(gè)實(shí)施例中，這些項(xiàng)中的最大值約為每2°F2角秒。因此，即使當(dāng)溫度變化率為300°F/小時(shí)時(shí)，這個(gè)項(xiàng)也不大于0.12個(gè)計(jì)數(shù)/秒。
定標(biāo)因子3482可以校正到百萬(wàn)分之一的精度?？梢员O(jiān)視總輸出角，并且每當(dāng)總輸出角等于或大于一個(gè)預(yù)先存儲(chǔ)的帶有正負(fù)號(hào)的值時(shí)便可以對(duì)計(jì)數(shù)進(jìn)行校正。這個(gè)校正可以在每當(dāng)輸出DELTAR大于1000個(gè)計(jì)數(shù)而出現(xiàn)輸出請(qǐng)求時(shí)來(lái)完成。必須保留余數(shù)以保持1ppm(百萬(wàn)分之一)的定標(biāo)因子精度。當(dāng)模式改變時(shí)這個(gè)值可能有約4ppm的改變。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖54，其中示出了本發(fā)明的一個(gè)例子中所采用的用來(lái)計(jì)算抖動(dòng)剝除增益的方法和設(shè)備的功能圖。抖動(dòng)剝除增益DSGAIN是作為每個(gè)峰值點(diǎn)處的抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)值的函數(shù)來(lái)計(jì)算的。DSGAIN可以用來(lái)把PZT測(cè)量電壓校正成為以計(jì)數(shù)值表示的基本上準(zhǔn)確的拌動(dòng)角度。DSGAIN的量網(wǎng)為陀螺計(jì)數(shù)/伏。在RLG系統(tǒng)剛起的前三秒和其后的12秒，該增益的時(shí)間常數(shù)為0.2秒。
抖動(dòng)剝除增益的計(jì)算可以如下來(lái)進(jìn)行。在每個(gè)抖動(dòng)峰值處，例如當(dāng)抖動(dòng)輸出是為抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)環(huán)而測(cè)量時(shí)，PZT3420在線3422上輸出一個(gè)信號(hào)，然后該信號(hào)被放大器3424放大。放大的PZT信號(hào)被輸出到線2306上，然后被A/D轉(zhuǎn)換器110接收，后者在線2308上給出一個(gè)代表PZT輸出的數(shù)字信號(hào)。然后利用未剝除陀螺角、以前的未剝除陀螺角的值和來(lái)自存儲(chǔ)參數(shù)的非線性校正量3484，找出增益校正因子DSGAIN的值。從增益元件3422得到的輸出作為增益校正抖動(dòng)角輸出在線2310上，然后被一個(gè)定標(biāo)元件3412接收。定標(biāo)元件3412對(duì)抖動(dòng)角進(jìn)行定標(biāo)。在本發(fā)明的一個(gè)例子中，定標(biāo)元件34312把線2310上的增益校正抖動(dòng)角除以1000。定標(biāo)之后，在求和結(jié)點(diǎn)2316處在定標(biāo)的抖動(dòng)角上加上非線性校正量3484。求和結(jié)點(diǎn)2316在線2318上輸出非線性校正后的抖動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)被第二求和結(jié)點(diǎn)2320接收。注意，并不需要每次都重新計(jì)算非線性校正量，這是因?yàn)樵诘扔谥噶罱堑姆逯刀秳?dòng)角處，非線性校正量總是相同的。這個(gè)非線性校正量的值可以從存儲(chǔ)的參數(shù)中讀出。
第二求和結(jié)點(diǎn)的輸出是一個(gè)差值，它通過(guò)線2328被輸送給第三求和結(jié)點(diǎn)2329。模塊2331存儲(chǔ)了以前的未剝除陀螺角，而模塊2322存儲(chǔ)了當(dāng)前的未剝除陀螺角。當(dāng)前的非剝除陀螺角被季加在線2324上，它被從線2328上的差值中減去，同時(shí)，以前的陀螺角被加在線2326上，它在第三求和結(jié)點(diǎn)處被加到線2328上的差值上去。得到的值被施加到線2330上，被增益倍乘器2332處理。在一個(gè)例子中，協(xié)益倍乘器2332在RLG剛起動(dòng)的第一貌在RLG剛起動(dòng)的第一秒內(nèi)對(duì)線2330上的值乘以增益600，其后則乘以增益10，以產(chǎn)生一個(gè)增益校正值。倍乘器2332就是以這種方式來(lái)調(diào)節(jié)增益校正環(huán)中的時(shí)間常數(shù)。然后增益校正值在一個(gè)32比特的寄存器2335中被累加。寄存器2335包括一個(gè)低16比特寄存器2336和一個(gè)高16比特寄存器2340。這些高的比特(寄存器2340)用來(lái)校正DSGAIN因子。施加在抖動(dòng)角上的增益因子DSGAIN就以這種方式不斷地被更新。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖55，其中示出了本發(fā)明所采用的用來(lái)測(cè)量相位誤差角的方法和設(shè)備的一個(gè)例子的功能圖?？梢钥闯?，圖5 5的設(shè)備包括PZT3420、放大器3424、A/D110、增益元件3432、和定標(biāo)元件34312。這些元件基本上以與圖54中相似的方式工作。定標(biāo)的抖動(dòng)角通過(guò)線2414被發(fā)送給第一求和結(jié)點(diǎn)，后者向第二求和結(jié)點(diǎn)2420輸出一個(gè)差值，第二求和結(jié)點(diǎn)還從存儲(chǔ)裝置3450接收一個(gè)代表以前抖動(dòng)角的值。第二求和結(jié)點(diǎn)通過(guò)線2422向第三求和結(jié)點(diǎn)2425提供一個(gè)第二差值。第三求和結(jié)點(diǎn)2425還從模塊2430接收一個(gè)代表過(guò)零點(diǎn)處的未剝除陀螺相位角的值，以及從模塊2434接收過(guò)零點(diǎn)處的以前的未剝除陀螺相位角的值。過(guò)零點(diǎn)未剝除陀螺相位角和以前的過(guò)零點(diǎn)未剝除陀螺相位角分別被從第二差值中減去和加到第二差值上，以在線2436上產(chǎn)一個(gè)校正角。然后該校正角被乘上一個(gè)來(lái)自相位角增益倍乘元件2438的因子，從而在線2440上產(chǎn)生一個(gè)過(guò)零點(diǎn)處的誤差角計(jì)數(shù)值。根據(jù)線2440上的過(guò)零點(diǎn)誤差角計(jì)數(shù)值的正負(fù)號(hào)，該輸出被轉(zhuǎn)換作為正值或負(fù)值輸入給寄存器2445。寄存器2442構(gòu)成32比特寄存器2445的低16比特，寄存器2444構(gòu)成其高16比特，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)451的正負(fù)號(hào)隨過(guò)零點(diǎn)抖動(dòng)角的正負(fù)號(hào)改變，如下所述。偏置校正偏置值和溫度之間的系數(shù)是在檢測(cè)時(shí)對(duì)每個(gè)單元來(lái)確定的，如下表IA所示。
表IA系數(shù)量綱典型值200°F下的值K1度/小時(shí)0.1280.128K2 度/小時(shí)/°F 0.000246 0.049K3 度/小時(shí)/°F20.0000000890.036對(duì)于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的微控制器的操作來(lái)說(shuō)，系數(shù)K1、K2、K3都可以當(dāng)作一個(gè)16比特的數(shù)來(lái)處理，并且所有的計(jì)算都可以保持至少2×10-4度/小時(shí)的精度。
各個(gè)K’系數(shù)的值是用于定標(biāo)因子(SF)的校正的，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，它們可以如下表IIA所示。
表IIA系數(shù)計(jì)算 200°F時(shí) 200°F時(shí)的最小校正每最小比比 典型值的最大值 值(最低比特位的1/2) 特位的Q值K1′ K1×213/SF 4.0度/小時(shí) 0.60×10-4/小時(shí) 0.60×10-4943K2′ K2×221/SF 3.2度/小時(shí) 0.48×10-4/小時(shí) /小時(shí) 464K3′ K3×229/SF 2.4度/小時(shí) 0.38×10-4/小時(shí)430然后，這些系數(shù)被用來(lái)按下列公式校正陀螺輸出。
△θ ＝23[K1′＋K2′T/28＋K3′T2/216]θc ＝θc＋△θ(32比特的數(shù)字)θc(輸出)＝θc(高16比特)θc ＝θc－θc(輸出)×65536溫度角校正作為溫度的函數(shù)的用來(lái)校正角度誤差的系數(shù)可以通過(guò)對(duì)每個(gè)陀螺的陀螺溫度檢測(cè)來(lái)確定。典型的系數(shù)如下表IIIA所示。
表IIIA系數(shù)量綱 典型值 在200°F和360°F/小時(shí)的變化率時(shí)的值K 4度/°F -0.35×10-3-0.126度/小時(shí)K 5度/°F/°F 0.17×10-50.122度/小時(shí)對(duì)于微控制器的操作而言，在輸入的溫度變化率為360°F/小時(shí)和200°F的情形下，系數(shù)K4和K5都可以按16比特的數(shù)字處理，并且所有的計(jì)算都可以以至少2×10-4度/小時(shí)的精度來(lái)進(jìn)行。為了保持精度，存儲(chǔ)在微控制器中的數(shù)據(jù)最好能進(jìn)行16比特的計(jì)算。用于定標(biāo)因子(SF)校正的系數(shù)K’的值如下表IVA所示表IVA系數(shù)計(jì)算 200°F和360°F 每小時(shí)最小值 典型值時(shí)的最大值K4和K5K4′K4×(3600)×210/SF 3.2度/小時(shí) 0.48×10-4度/小時(shí) -1160K5′K5×(3600)×218/SF 2.5度/小時(shí) 0.38×10-4度/小時(shí) +1442然后系數(shù)K4和K5可以被用來(lái)以下列公式來(lái)校正陀螺輸出Q△θ＝26[K4′＋(K5′×(TN＋T(N－1)))/29]×[TN－T(N－1)]△θ＝64[K4′＋(K5′×(TN＋T(N－1)))/512]×[TN－T(N－1)]θc＝θc＋△θθc(輸出)＝θc(高16比特)θc＝θc-θc(輸出)其中TN和T(N-1)是以1至10秒的間隔測(cè)得的相繼的陀螺溫度。定標(biāo)因子校正定標(biāo)因子校正可以利用一個(gè)數(shù)N以約1ppm的精度來(lái)完成。其中的數(shù)N等于在進(jìn)行一個(gè)計(jì)數(shù)的校正之前的計(jì)數(shù)數(shù)目?！癗”值在定標(biāo)時(shí)刻通過(guò)如下的公式把測(cè)得的定標(biāo)因子SF除以誤差計(jì)數(shù)來(lái)計(jì)算N＝SF/(SF-SFo)，其中SF是測(cè)得的每一轉(zhuǎn)的定標(biāo)因子計(jì)數(shù)，SFo是各義調(diào)整的每一轉(zhuǎn)的定標(biāo)因子計(jì)數(shù)。
N值在微處理器中用來(lái)校正定標(biāo)因子，即每當(dāng)輸出增加或減少N個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)，適當(dāng)?shù)卦黾踊驕p去一個(gè)計(jì)數(shù)。模式跳變?cè)俅螀⒁?jiàn)圖39和40，那里示出了光路長(zhǎng)度控制，最優(yōu)模式獲取、和模式跳變的詳細(xì)電路原理圖。在模式獲取和模式跳變時(shí)，偏置漂移改進(jìn)BDI脈寬調(diào)制信號(hào)被設(shè)定在50％，使得積分放大器122的輸出位在中間范圍的2.5V上。積分放大器122的輸出被放大器130倒相，后者也設(shè)定在2.5V。雖然不一定需要，但為了易于說(shuō)明，偏置漂移改進(jìn)信號(hào)BDI和不偏置漂移改進(jìn)信號(hào)NBDI在模式獲取和模式跳變時(shí)都可以位在中間范圍的2.5V上。
PLC利用數(shù)字邏輯電路800來(lái)產(chǎn)生對(duì)反射鏡的抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)。在模式獲取和模式跳變時(shí)，掃描信號(hào)112被激活，而不抖動(dòng)信號(hào)119和抖動(dòng)信號(hào)118不出現(xiàn)。接通信號(hào)116和不接通信號(hào)114則總是以3KHz的頻率被激活的。這些信號(hào)是一些數(shù)字邏輯電平。抖動(dòng)信號(hào)118是不抖動(dòng)信號(hào)119的補(bǔ)信號(hào)，接通信號(hào)116是不接通信號(hào)114的補(bǔ)信號(hào)。如果掃描信號(hào)112與接通信號(hào)116同相位，則節(jié)點(diǎn)176處的光路長(zhǎng)度控制信號(hào)向上掃描。如果掃描信號(hào)112與接通信號(hào)116有180°的相位差，則節(jié)點(diǎn)176處的光路長(zhǎng)度控制信號(hào)向下掃描。
通過(guò)向僅與反射鏡13相關(guān)的換能器A交流耦合進(jìn)一個(gè)小的90°相移信號(hào)，抖動(dòng)信號(hào)和不抖動(dòng)信號(hào)使反射鏡位置產(chǎn)生一個(gè)小的位移。這使得圖39和40的電路得以鎖定在一個(gè)局部極值上。智能的模式獲取使電路接近于局部最大LIM信號(hào)20，并且電路的抖動(dòng)部分鎖定在準(zhǔn)確的峰值點(diǎn)上。抖動(dòng)和不抖動(dòng)信號(hào)使來(lái)自光電探測(cè)器160的功率信號(hào)有一個(gè)小的調(diào)制。這個(gè)小的調(diào)制表現(xiàn)為L(zhǎng)IM信號(hào)20的直流成分上的一個(gè)交流成分，并通過(guò)電容172進(jìn)行交流耦合。然后該信號(hào)通過(guò)寄存器174傳向放大器128B的求和結(jié)點(diǎn)，受到增益等于150K/5.36k的放大。然后該信號(hào)129被輸送給同步相位解調(diào)器126A。
當(dāng)信號(hào)129與接通信號(hào)116同相位時(shí)，同步相位解調(diào)器126A在節(jié)點(diǎn)176上給出一個(gè)向上掃描信號(hào)，當(dāng)信號(hào)129與接通信號(hào)116相位相反時(shí)則在節(jié)點(diǎn)176上給出一個(gè)向下掃描信號(hào)。
PLC差分放大器對(duì)包括晶體管131、132、136和138。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中這4個(gè)晶體管是摩托羅拉公司的零件號(hào)為MMBT6520的PNP晶體管。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，這些晶體管的最大集電極電壓為350V，但降低到280V工作。使用PNP管相對(duì)于使用NPN管的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，PNP在較低電流和較低溫度下有較大的β參數(shù)，從而降低了模塊式陀螺的功耗。該例子的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，恒流源晶體管140和142是流行的低電壓表面型PNP管。流過(guò)晶體管140和142的電流分別是由兩個(gè)電源電阻190和194設(shè)定的。晶體管140和142的基極電壓是由電阻網(wǎng)絡(luò)192、晶體管141和電阻196建立的。加進(jìn)晶體管141的目的是進(jìn)行溫度補(bǔ)償，使得所有三個(gè)晶體管140、141和142之間的基極發(fā)射極壓降能夠跟蹤溫度變化。本發(fā)明利用晶體管140、141和142保持了激光陀螺工作溫度范圍內(nèi)的比較恒定的電流源。本發(fā)明還利用了一個(gè)10V的參考電壓193。以往的技術(shù)只是簡(jiǎn)單地把一個(gè)固定的電阻作為電流源，這使得換能器電壓是節(jié)點(diǎn)176處的PLC監(jiān)視電壓的非線性函數(shù)。所以本發(fā)明使得每個(gè)模式的電壓的計(jì)算與PLC的電壓范圍無(wú)關(guān)。
積分放大器124利用了極點(diǎn)和零補(bǔ)償技術(shù)來(lái)匹配由一個(gè)一兆電阻和晶體管136和131的基極集電極電容所產(chǎn)生的極點(diǎn)。這增寬了閉環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)頻率響應(yīng)。
一個(gè)峰值探測(cè)器171連接在放大器128B的輸出端，使該輸出在被輸送給A/D轉(zhuǎn)換器110以提供SBS信號(hào)之前受到濾波。
圖56示出獲取初始激光工作模式的方法的原理性方框圖。該方法在微控制器100實(shí)現(xiàn)并存儲(chǔ)在微處理器120的程序存儲(chǔ)器中。該尋找初始模式的方法在陀螺起動(dòng)時(shí)要找出陀螺應(yīng)該工作于哪個(gè)初始模式方面是有用的。圖15表明陀螺可以有許多工作模式，而初始模式獲取方法的任務(wù)就是要確定一個(gè)在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)的最優(yōu)模式。
圖56所示的處理從步驟6370的起動(dòng)陀螺開(kāi)始。然后在步驟6372中測(cè)量模塊的溫度。然后微處理器120根據(jù)VPLC的二次方程PPLC＝V0＋V1T＋V2T2＋V3T3來(lái)計(jì)算PLC監(jiān)視的期望電壓，其中T是測(cè)得的模塊溫度。初始的V0、V1、V2、V3參數(shù)由在工廠內(nèi)制造陀螺時(shí)對(duì)激光陀螺200的測(cè)量來(lái)提供。本發(fā)明的方法所用的V0、V1、V2、V3、K1和K2等參數(shù)存儲(chǔ)在圖5中標(biāo)作EEPROM102的EEPROM中。然后處理進(jìn)入步驟6376，對(duì)PLC電壓掃描。掃描PLC電壓的方法將在下面參考圖57來(lái)說(shuō)明。然后在步驟6377中處理鎖定在LIM峰值點(diǎn)上。然后處理進(jìn)入步驟6378，測(cè)量PLC監(jiān)視電壓。然后處理進(jìn)入步驟6380，利用公式V0＝VPLCMON-V1T-V2T2-V3T3來(lái)計(jì)算新的V0，其中VPLCMON是測(cè)得的監(jiān)視電壓。在步驟6382中把新的V0存儲(chǔ)在EEPROM中，準(zhǔn)備用于PLC監(jiān)視的下一次掃描。然后處理進(jìn)入步驟6348，重新標(biāo)定陀螺的每個(gè)模式的電壓。關(guān)于計(jì)算每個(gè)模式的電壓將在圖58中說(shuō)明。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖57，其中示出了使光路長(zhǎng)度控制換能器掃過(guò)多個(gè)模式以尋找模式極大值的本發(fā)明方法。這個(gè)掃描方法例如在圖56方法的步驟6376中使用。圖57的處理從步驟9202開(kāi)始，它把脈寬調(diào)制器調(diào)節(jié)到50％，以切斷偏置漂移改進(jìn)(BDI)信號(hào)。雖然在模式獲取和模式跳變時(shí)保持BDI在50％PWM上不是必需的，但這能產(chǎn)生更精確的電壓/模式的計(jì)算。然后處理進(jìn)入步驟9204，切斷反射鏡的抖動(dòng)。這將防止自動(dòng)最大搜索閉環(huán)設(shè)備受到圖57方法的干擾。然后處理進(jìn)入步驟9206，由微控制器100上的A/D轉(zhuǎn)換器測(cè)量的PLC監(jiān)視電壓。然后處理進(jìn)入步驟9208，將PLC監(jiān)視電壓與希望的PLC電壓進(jìn)行比較。希望的PLC電壓是在步驟9209中輸入的。如果系統(tǒng)測(cè)得的PLC監(jiān)視電壓大于希望的PLC電壓，則處理進(jìn)入步驟9210，使PLC電壓向下掃描。如果測(cè)量的電壓小于希望的PLC電壓，則處理進(jìn)入步驟9212，使PLC電壓向上掃描。光路長(zhǎng)度控制器的向下和向上掃描是利用圖39和40的電路來(lái)完成的，其中使光路長(zhǎng)度控制器進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。然后處理進(jìn)入步驟9214，其中的處理等待PLC電壓達(dá)到指定的PLC位置，這時(shí)電壓VPLCMON等于所要求的電壓VPLC。否則，在步驟9212和9210的情況下處理將返回到繼續(xù)對(duì)測(cè)量電壓和希望電壓之間差別的評(píng)估。一旦等待到了光路長(zhǎng)度控制位置已達(dá)到指定的光路長(zhǎng)度控制位置VPLC的時(shí)候，處理便返回到步驟9216，接通反射鏡抖動(dòng)以鎖定在局部最大LIM信號(hào)20上。然后處理進(jìn)入步驟9218，激活BDI方法。
圖58示出用來(lái)計(jì)算激光陀螺每個(gè)模式的電壓的本發(fā)明方法的流程圖。該處理起始于步驟92.20，首先測(cè)量光路長(zhǎng)度控制監(jiān)視電壓。然后處理進(jìn)入步驟9222，按下式計(jì)算目的模式VPLCNEW＝V0+K1(1＋K2T)＋V1T＋V2T2＋V3T3。然后處理進(jìn)入步驟9224，使激光陀螺掃描到VPLCNEW電壓上。處理進(jìn)入步驟9226，其中本方法所提到的電壓是如下定義的。VP是在初始模式下光路長(zhǎng)度控制器的電壓，它是用圖56的方法找到的。VP+1是在比初始模式高一個(gè)模式的光路長(zhǎng)度控制監(jiān)視器的電壓。VP-1是在比初始模式低一個(gè)模式的光路長(zhǎng)度控制監(jiān)視器的電壓。處理步驟9222按VP+1計(jì)算下一個(gè)目的模式。在步驟9226中，測(cè)量準(zhǔn)確的VP+1值。對(duì)正方向和負(fù)方向計(jì)算每個(gè)模式的電壓。正方向的每個(gè)模式的電壓叫做VPM+，負(fù)方向的每個(gè)模式的電壓叫做VPM-。然后處理進(jìn)入步驟9228，按照初始模式的Vp和比初始模式高一個(gè)模式的電壓VP+1之間的電壓差來(lái)計(jì)算正方向的每個(gè)模式的電壓。然后處理進(jìn)入步驟9230，按照V0-K1(1+K2T)＋V1T＋V2T2＋V3T3來(lái)計(jì)算負(fù)方向的新電壓VPLCNEW。然后圖58的處理進(jìn)入步驟9332，按照?qǐng)D57的方法使PLC換能器掃描到VPLCNEW。然后處理進(jìn)入步驟9234，按照光程長(zhǎng)度控制監(jiān)視器的初始電壓和新電壓VP-1之間的電壓差來(lái)計(jì)算負(fù)方向的新的每個(gè)模式的電壓。在步驟9236中，按照負(fù)方向的每個(gè)模式的電壓的絕對(duì)值加上正方向的每個(gè)模式的電壓除以2再乘上1＋K2T來(lái)計(jì)算新的K1常數(shù)。然后處理進(jìn)入9238，把新K1存儲(chǔ)到EEPROM102中。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖59，其中示出了使激光陀螺在如圖15所示的激光陀螺模式圖中的多個(gè)模式之間進(jìn)行模式跳變的本發(fā)明方法的流程圖。閱讀圖59時(shí)需要參考圖60，后者示出了在圖15的激光陀螺模式圖中的各個(gè)模式F、E、D、C和B上的激光強(qiáng)度監(jiān)視信號(hào)20的大小。模式跳變的第一個(gè)步驟是9242，其中測(cè)量光路長(zhǎng)度控制監(jiān)視電壓。采用本發(fā)明模式跳變方法工作的激光陀螺具有圖15中478和479所示的最大和最小光路長(zhǎng)度控制監(jiān)視電壓，這兩個(gè)電壓用作光路長(zhǎng)度控制電壓擺動(dòng)的極限。模式跳變處理進(jìn)入決策步驟9244，在那里根據(jù)采用本發(fā)明方法的激光陀螺是要向下還是要向上跳變一個(gè)模式而分叉成幾個(gè)不同的處理步驟。
如果不希望有模式跳變，則圖59的處理進(jìn)入步驟9254，以結(jié)束模式跳變。在下面的討論中VPM的定義是，當(dāng)PLC監(jiān)視電壓轉(zhuǎn)變一個(gè)模式時(shí)相鄰兩個(gè)LIM極大值之間的差值，因此它的單位是伏特。在本例子中VPM＞＞1。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)測(cè)得的光路長(zhǎng)度控制電壓小于最大電壓減去VPM值時(shí)，或者當(dāng)光路長(zhǎng)度控制電壓大于VPM值時(shí)，激光陀螺不一定會(huì)跳變一個(gè)模式。這兩種情形中的任何一種都表明沒(méi)有模式跳變的需要，因?yàn)楫?dāng)前激光陀螺正工作在良好的模式上。良好模式是指這樣一種模式，它所提供的電壓擺動(dòng)在陀螺工作極限范圍之內(nèi)。這使得像偏置漂移改進(jìn)和反射鏡抖動(dòng)這樣的操作能夠保持一個(gè)適當(dāng)?shù)哪Ｊ椒秶?。適當(dāng)?shù)哪Ｊ椒秶侵高@樣一個(gè)范圍，當(dāng)反射鏡在抖動(dòng)時(shí)或者當(dāng)反射鏡在通過(guò)偏置漂移改進(jìn)循環(huán)時(shí)它不會(huì)落到最大或最小PLC監(jiān)視電壓的外面。
最大和最小PLC監(jiān)視電壓是用特定的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)達(dá)到的，這種電路隨著不同的激光陀螺實(shí)施例而不同。
現(xiàn)在回到分析向下模式跳變情形的決策步驟9244。當(dāng)光路長(zhǎng)度控制電壓大于最大電壓減去VPM值時(shí)將發(fā)生向下模式跳變。這意味著沒(méi)有BDI向上跳變一個(gè)模式的“前方空間”。然后圖59的處理進(jìn)入步驟9246，增加主動(dòng)電流控制的電流。在圖60中，主動(dòng)電流控制電流的增加表現(xiàn)為激光強(qiáng)度監(jiān)視信號(hào)9266從曲線9268增大到曲線9270。高能量的LIM曲線9270代表用于模式跳變的高電流。在模式掃描時(shí)高電流是需要的，它能保證即使在曲線9270的谷點(diǎn)處激光強(qiáng)度監(jiān)視信號(hào)輸出也至少和正常模式的最大工作電流一樣高。較高的電流可以防止由于激光信號(hào)降低得太低而造成錯(cuò)誤計(jì)數(shù)，也即可以防止激光器的任何慣性導(dǎo)航計(jì)數(shù)的丟失。主動(dòng)電流控制是根據(jù)具體陀螺的性質(zhì)來(lái)增加一個(gè)預(yù)定的電流的。
然后處理進(jìn)入步驟9250，使光路長(zhǎng)度控制電壓掃描到當(dāng)前電壓減去VPM值。激光陀螺的每個(gè)模式的電壓是按照?qǐng)D58的方法計(jì)算的。然后處理進(jìn)入步驟9256，使主動(dòng)電流控制電流從由曲線9270所代表的大小降低到由曲線9268所代表的較低的大小，即正常工作電流水平。通過(guò)在模式跳變之后降低電流可以延長(zhǎng)陀螺的壽命。
現(xiàn)在回到處理步驟9244，假定光路長(zhǎng)度控制電壓小于VPM值從而表明要進(jìn)行向上跳變。這個(gè)情形表明不再存在光路長(zhǎng)度控制電路的“向下空間”。然后處理進(jìn)入步驟9248，其中與步驟9246一樣，增加主動(dòng)電流控制電流，以防止激光慣性導(dǎo)航計(jì)數(shù)的丟失。然后處理進(jìn)入步驟9252，把光路長(zhǎng)度控制電壓掃描到按照VPLCMON加上VPM值計(jì)算的新電壓。該掃描方法如圖57所示。不論是從步驟9250或是9252，處理都進(jìn)入步驟9256，降低主動(dòng)電流控制的電流。然后處理進(jìn)入步驟9258，測(cè)量新的光路長(zhǎng)度控制電壓，然后處理進(jìn)入步驟9260，對(duì)新模式的新位置計(jì)算新的每個(gè)模式的電壓。然后處理進(jìn)入步驟9262，這時(shí)已經(jīng)成功地產(chǎn)生了模式跳變，控制返回到監(jiān)視控制環(huán)。
熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們可以看到，對(duì)于下述的環(huán)境模式跳變是有用的，在該環(huán)境中激光陀螺系統(tǒng)經(jīng)歷著大的溫度極端條件，這些極端條件趨向于使當(dāng)前的工作模式超出激光陀螺的工作范圍。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖61，其中示出了獲取起始模式的方法。在起動(dòng)激光陀螺時(shí)必須找到一個(gè)工作模式。重要的是要挑選出一個(gè)能夠提供完整工作范圍的模式。該方法起始于步驟7702，通過(guò)向上和向下掃描模式來(lái)獲取一個(gè)模式。在步驟7704中確定模式位置。如果模式位置位在希望的模式上，則處理于步驟7706中停止。如果不能找到希望的模式或其他接近的模式，則在步驟7708中報(bào)告獲取模式失敗。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖62，其中示出了一種預(yù)測(cè)方法，該方法預(yù)測(cè)一個(gè)被選的工作模式是否適合于陀螺在一個(gè)寬廣的溫度范圍中工作。
該處理起始于步驟7710，其中微控制器根據(jù)當(dāng)前模式的模式曲線預(yù)測(cè)在陀螺的工作溫度范圍中它是否會(huì)超出范圍。如果在當(dāng)前模式下陀螺不會(huì)超出范圍，則該處理在步驟7714中停止。如果在該模式下陀螺可能超出范圍，則在步驟7712中使陀螺轉(zhuǎn)變到一個(gè)較好的模式上去，如果能找到這種模式的話。如果不能夠找到一個(gè)較好的模式，則陀螺在工作中有可能必須發(fā)生模式跳變。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，可以在步驟7716中設(shè)置一個(gè)模式跳變旗標(biāo)。在又一個(gè)實(shí)施例中，陀螺可以連續(xù)地監(jiān)視超出范圍的可能性大小。如果改變了模式，則處理進(jìn)入步驟7718，重新計(jì)算每個(gè)模式的電壓。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖63，其中示出了監(jiān)視一個(gè)控制點(diǎn)以判斷是否要改變模式的方法。該處理起始于步驟7720，監(jiān)視一個(gè)控制點(diǎn)，例如光路長(zhǎng)度控制電壓。如果在步驟7722中發(fā)現(xiàn)超過(guò)了控制點(diǎn)，也即光路長(zhǎng)度控制電壓超出了范圍，則處理進(jìn)入步驟7724，以改變模式。如果在步驟7722中發(fā)現(xiàn)沒(méi)有超過(guò)控制點(diǎn)，則處理在步驟7726中停止，或者回到步驟7720以監(jiān)視控制點(diǎn)。步驟7724中的處理判斷模式是應(yīng)該向上還是向下改變。如果模式應(yīng)向下改變，則處理進(jìn)入步驟7730。否則處理進(jìn)入步驟7728，以向上改變一個(gè)模式。然后處理返回到步驟7720，監(jiān)視控制點(diǎn)。
熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們可以看到，當(dāng)陀螺的工作模式改變時(shí)，陀螺的尺寸也要改變。其結(jié)果是用來(lái)補(bǔ)償陀螺輸出的每個(gè)計(jì)數(shù)所對(duì)應(yīng)的角秒數(shù)的定標(biāo)因子也需要改變。在一個(gè)例子中，當(dāng)光路長(zhǎng)度改變約一個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，定標(biāo)因子改變4ppm，并且定標(biāo)因子的改變可以在微處理器中予以補(bǔ)償。
上面已經(jīng)十分詳細(xì)地說(shuō)明了本發(fā)明，其目的是為了遵從專利規(guī)章，同時(shí)向熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們提供應(yīng)用本新原理和構(gòu)筑及使用這些特定的元部件所需的信息。不過(guò)，應(yīng)該理解，本發(fā)明可以用各種不同的專門設(shè)備和裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且在不偏離本發(fā)明范疇的情形下可以做出在設(shè)備細(xì)節(jié)方面和操作步驟方面的各種修改。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)測(cè)量至少一個(gè)慣性性質(zhì)的模塊式傳感設(shè)備，該模塊式傳感設(shè)備包括(a)一個(gè)慣性傳感裝置，用來(lái)傳感至少一個(gè)慣性性質(zhì)其中，該慣性傳感裝置至少有一個(gè)傳感器控制輸入和一個(gè)隨著該至少一個(gè)傳感器控制輸入而變化的測(cè)量的慣性性質(zhì)輸出；以及(b)一個(gè)數(shù)字控制裝置，用于控制慣性傳感裝置，其中，該數(shù)字控制裝置至少有一個(gè)連接在至少一個(gè)傳感器控制輸入上的控制輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的模式傳感設(shè)備，其中的慣性傳感裝置包括一個(gè)激光陀螺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的模式傳感設(shè)備，其中的數(shù)字控制裝置還包括一個(gè)微控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的模式傳感設(shè)備，它還包括一個(gè)連接在慣性傳感裝置上的慣性傳感器起動(dòng)裝置，用來(lái)以預(yù)定的方式起動(dòng)慣性傳感裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的模式傳感設(shè)備，其中的數(shù)字控制裝置有至少一個(gè)代表模塊式傳感設(shè)備和數(shù)字控制裝置的狀態(tài)是否正常的工作測(cè)量輸出，它還包括一個(gè)連接在至少一個(gè)工作測(cè)量輸出上的評(píng)價(jià)狀態(tài)是否正常的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的模式傳感設(shè)備，其中的微控制器還包括一個(gè)永久性存儲(chǔ)裝置，并且其中的微控制器在該永久性存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)至少一個(gè)工作參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的模式傳感設(shè)備，它還包括至少一個(gè)工作控制輸入，以把模塊式傳感設(shè)備設(shè)定在至少一種工作構(gòu)形上，并且其中模塊式傳感設(shè)備還包括一個(gè)工作構(gòu)形裝置，用來(lái)把模塊式傳感設(shè)備設(shè)定在至少一種工作構(gòu)形上，其中的工作構(gòu)形裝置有一個(gè)連接在至少一個(gè)工作控制輸入上的工作構(gòu)形輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的模式傳感設(shè)備，它還含有一個(gè)自檢測(cè)裝置，用來(lái)執(zhí)行模塊式傳感設(shè)備的內(nèi)部檢測(cè)，其中的自檢測(cè)裝置連接在數(shù)字控制裝置上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的模式傳感設(shè)備，其中的的慣性傳感裝置和數(shù)字控制裝置密封在一個(gè)外殼中，其中的慣性傳感裝置能夠被高電壓起動(dòng)，該模式傳感設(shè)備還包括(a)一個(gè)低壓電源連接裝置，用來(lái)向外殼內(nèi)部提供密封的低電壓電源連接；以及(b)一個(gè)高壓起動(dòng)裝置，用來(lái)起動(dòng)慣性傳感裝置，其中的高壓起動(dòng)裝置含在外殼內(nèi)部，并連接到低壓電源連接裝置上。
10.根據(jù)權(quán)利要求2的模式傳感設(shè)備，它還包括一個(gè)用于激光陀螺的直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中的激光陀螺還包括一個(gè)帶有一個(gè)抖動(dòng)電機(jī)和一個(gè)抖動(dòng)探測(cè)器的抖動(dòng)陀螺模塊，該直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括用來(lái)傳感連接在抖動(dòng)探測(cè)器上的抖動(dòng)探測(cè)信號(hào)并有一個(gè)抖動(dòng)探測(cè)輸出的裝置；用來(lái)放大抖動(dòng)探測(cè)輸出并有一個(gè)放大的抖動(dòng)探測(cè)輸出的裝置；連接在放大的抖動(dòng)探測(cè)輸出上并有一個(gè)數(shù)字抖動(dòng)信號(hào)輸出的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置；連接在數(shù)字抖動(dòng)信與上并有一個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào)輸出的數(shù)字控制裝置，其中的數(shù)字控制裝置產(chǎn)生正比于數(shù)字抖動(dòng)信號(hào)輸出減去一個(gè)參考位移加上一預(yù)定量的隨機(jī)噪聲的脈寬調(diào)制信號(hào)輸出；以及用來(lái)根據(jù)脈寬調(diào)制信號(hào)輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)抖動(dòng)電機(jī)并有一個(gè)連接到抖動(dòng)電機(jī)上的抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求2的模塊式傳感設(shè)備，它還包括一個(gè)用于激光陀螺的抖動(dòng)剝除裝置，該激光陀螺還包括一個(gè)帶有一個(gè)抖動(dòng)電機(jī)和一個(gè)抖動(dòng)探測(cè)器的抖動(dòng)陀螺模塊，其中的抖動(dòng)剝除設(shè)備包括用來(lái)傳感連接在抖動(dòng)探測(cè)器上的抖動(dòng)探測(cè)信號(hào)并有一個(gè)抖動(dòng)探測(cè)輸出的裝置；用來(lái)放大抖動(dòng)探測(cè)輸出并有一個(gè)放大的抖動(dòng)探測(cè)輸出的裝置；連接在放大的抖動(dòng)探測(cè)輸出上并有一個(gè)數(shù)字抖動(dòng)信號(hào)輸出的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置；以及連接在數(shù)字抖動(dòng)信號(hào)輸出上并有一個(gè)抖動(dòng)剝除慣性導(dǎo)航輸出的數(shù)字控制裝置，其中的數(shù)字控制裝置把數(shù)字抖動(dòng)信號(hào)輸出轉(zhuǎn)換成一個(gè)角位移值；并通過(guò)從前面的角位移值減去角位移值來(lái)產(chǎn)生一個(gè)角位移變化；并通過(guò)讀出一個(gè)新計(jì)數(shù)值以及從新讀出計(jì)數(shù)值中減去前面的讀出計(jì)數(shù)值業(yè)產(chǎn)生一個(gè)讀出計(jì)數(shù)值的變化；以及，按照角位移的變化和讀出計(jì)數(shù)值的變化的差值來(lái)產(chǎn)生抖動(dòng)剝除慣性導(dǎo)航輸出。
12.根據(jù)權(quán)利要求2的模塊式傳感設(shè)備，它還包括一個(gè)用于激光陀螺的偏置漂移率改進(jìn)設(shè)備，其中的激光陀螺還包括一個(gè)具有一個(gè)光路長(zhǎng)度的激光器、一個(gè)具有第一反射鏡位置的第一光路長(zhǎng)度控制反射鏡、一個(gè)具有第二反射鏡位置的第二光路長(zhǎng)度控制反射鏡；以及一個(gè)隨著第一反射鏡位置和第二反射鏡位置周期性地變化的偏置漂移率裝置，其中的偏置漂移率改進(jìn)設(shè)備包括一個(gè)連接在第一光路長(zhǎng)度控制反射鏡上的第一反射鏡定位裝置，用來(lái)定位第一光路長(zhǎng)度控制反射鏡；一個(gè)連接在第二光路長(zhǎng)度控制反射鏡上的第二反射鏡定位裝置，用來(lái)定位第二光路長(zhǎng)度控制反射鏡；以及一個(gè)控制裝置，用來(lái)控制第一反射鏡定位裝置和第二反射鏡定位裝置，該裝置控制與第一反射鏡定位裝置和第二定位裝置的耦合使得第一反射鏡位置和第二反射鏡位置在每個(gè)模式的光路長(zhǎng)度電壓的一個(gè)周期內(nèi)變化。
13.根據(jù)權(quán)利要求6的模式傳感設(shè)備，其中的微控制器還包括一個(gè)用來(lái)根據(jù)至少一個(gè)工作參數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)什么時(shí)候模塊式傳感設(shè)備將失效的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的模式傳感設(shè)備，其中的慣性傳感裝置有一個(gè)慣性傳感壽命，該模塊式傳感設(shè)備還包括一個(gè)壽命估計(jì)裝置，用來(lái)確定慣性傳感器的壽命，其中的壽命估計(jì)裝置連接在數(shù)字控制裝置上，并且其中的壽命估計(jì)裝置有一個(gè)壽命輸出。
15.根據(jù)權(quán)利要求2的模式傳感設(shè)備，它還包括一個(gè)用于激光陀螺的主動(dòng)電流控制設(shè)備，該設(shè)備包括用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)代表電流值的數(shù)字控制信號(hào)的裝置；連接在數(shù)字控制信號(hào)產(chǎn)生裝置上的，用來(lái)把數(shù)字控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)模擬信號(hào)的裝置；以及連接在模擬信號(hào)上的，用來(lái)根據(jù)模擬信號(hào)向模塊式傳感設(shè)備的一個(gè)陽(yáng)極提供正比于數(shù)字控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電流的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求2的模式傳感設(shè)備，它包括一個(gè)用于激光陀螺的主動(dòng)電流控制設(shè)備，還包括一個(gè)具有一個(gè)光路長(zhǎng)度、一個(gè)波長(zhǎng)和一個(gè)強(qiáng)度的激光器，一個(gè)第一光路長(zhǎng)度控制反射鏡和一個(gè)和二光路長(zhǎng)度控制反射鏡，該模塊式傳感設(shè)備還包括一個(gè)數(shù)字邏輯裝置，用來(lái)提供多種調(diào)制信號(hào)，包括SWEEP(掃描)信號(hào)、SWITCH(接通)信號(hào)、NOTSWITCH(不接通)信號(hào)、DITHER(抖動(dòng))信號(hào)、和NOTDITHER(不抖動(dòng))信號(hào)；一個(gè)第一倒相裝置，它的第一輸入端連接在數(shù)字邏輯裝置上，并有一個(gè)輸出；開(kāi)關(guān)手段，其信號(hào)輸入連接在第一倒相裝置的輸出上，其第一控制輸入連妝在接通信號(hào)上，以及，其第二控制輸入連接在不接通信號(hào)上，其中，該開(kāi)關(guān)手段有一個(gè)對(duì)應(yīng)于第一開(kāi)關(guān)位置的第一輸出和一個(gè)對(duì)應(yīng)于第二開(kāi)關(guān)位置的第二輸出；積分裝置，其第一輸入端連接在第一開(kāi)關(guān)裝置的輸出上，其第二輸入端連接在第二開(kāi)關(guān)裝置的輸出上，并且它有一個(gè)提供光路長(zhǎng)度控制信號(hào)的輸出；用來(lái)監(jiān)視激光束強(qiáng)度和提供激光束強(qiáng)度監(jiān)視(LIM)信號(hào)的裝置；用來(lái)控制數(shù)字邏輯裝置的裝置，它含有用來(lái)提供一個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào)、一個(gè)第一模/數(shù)輸入和一個(gè)第二模/數(shù)輸入的裝置，其中該控制裝置的第一模/數(shù)輸入端連接在光路長(zhǎng)度控制信號(hào)上，其中該控制裝置的第二模/數(shù)輸入端連接在LIM信號(hào)上，其中該控制裝置向數(shù)字邏輯裝置提供控制信號(hào)，以使多個(gè)調(diào)制信號(hào)根據(jù)光路長(zhǎng)度控制信號(hào)來(lái)工作，其中該控制裝置還根據(jù)光路長(zhǎng)度控制信號(hào)和LIM信號(hào)來(lái)確定脈寬調(diào)制信號(hào)的脈寬調(diào)制占空比范圍；以及連接在提供脈寬調(diào)制信號(hào)的裝置和連接在光路長(zhǎng)度控制信號(hào)上的裝置，用來(lái)根據(jù)脈寬調(diào)制信號(hào)來(lái)差動(dòng)驅(qū)動(dòng)第一光路長(zhǎng)度控制反射鏡和第二光路長(zhǎng)度控制反射鏡。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的模式傳感設(shè)備，它還包括一個(gè)電源設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)有一個(gè)電壓電源輸出的直流電壓電源裝置；一個(gè)連接在電壓電源輸出上以提供至少一個(gè)高壓電源輸出的直流/直流轉(zhuǎn)換裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的模式傳感設(shè)備，它還包括一個(gè)電源設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)具有連接在一個(gè)低壓電源上的第一和第二低壓帶中心抽頭的繞阻的變化器裝置；以及一個(gè)能提供第一和第二高壓輸出的第一和第二高壓帶中心抽頭繞組。
19.根據(jù)權(quán)利要求2的模式傳感設(shè)備，其中，至少一個(gè)激光束是由至少在一個(gè)陽(yáng)極和一個(gè)陰極之間的一部分腔體內(nèi)流動(dòng)的電流產(chǎn)生的，其中有一個(gè)主動(dòng)電流控制系統(tǒng)由下述裝置組成監(jiān)視裝置，用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)代表光束強(qiáng)度的監(jiān)視信號(hào)；電源裝置，它連接在陽(yáng)極和陰極上，用來(lái)供應(yīng)電流；以及用來(lái)響應(yīng)于監(jiān)視信號(hào)來(lái)控制電流以保持光束強(qiáng)度恒定的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的模式傳感設(shè)備，它還包括一個(gè)自我檢測(cè)設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)微處理器，它帶有一個(gè)高速通用異步接收發(fā)送機(jī)(UART)和一個(gè)控制UART的周邊活動(dòng)系統(tǒng)；一個(gè)連接在UART上的發(fā)送線；一個(gè)連接在UART上的接收線；一個(gè)微處理器控制器外部系統(tǒng)；一個(gè)連接在發(fā)送線上的串行/并行轉(zhuǎn)換器，用來(lái)把發(fā)送線上的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，它有一個(gè)并行輸出；一個(gè)連接在并行輸出上的先進(jìn)先出(FIFO)寄存裝置，它有一個(gè)接口輸出；一個(gè)連接在與微處理器外部系統(tǒng)相連接的FIFO寄存裝置的一個(gè)輸出上的接口邏輯單元，用來(lái)從微處理器控制器外部系統(tǒng)接收指令；以及一個(gè)連接在接口邏輯單元和接收線上的并行/串行轉(zhuǎn)換器，用來(lái)把來(lái)自接口邏輯單元的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成能與UART相通信的串行數(shù)據(jù)。
21.一種模塊式激光陀螺，它含有一個(gè)位在一個(gè)陀螺模塊的一個(gè)腔中的激光器；一個(gè)連接在陀螺模塊上的用來(lái)探測(cè)激光的光電二極管，一個(gè)連接在陀螺模塊上的用來(lái)驅(qū)動(dòng)陀螺模埠的抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，一個(gè)連接在陀螺模塊上的用來(lái)探測(cè)陀螺模塊的運(yùn)動(dòng)的抖動(dòng)探測(cè)器，以及用來(lái)保持腔中的激光的一個(gè)陰極、一個(gè)第一陽(yáng)極和一個(gè)第二陽(yáng)極，其中，該模塊式激光陀螺還包括一個(gè)連接得能控制激光陀螺并有一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器的微控制器，其中A/D轉(zhuǎn)換器被集成在微控制器上，其中微控制器有一個(gè)用來(lái)控制陰極和陽(yáng)極電流的主動(dòng)電流控制輸出和一個(gè)脈寬調(diào)制輸出；一個(gè)連接得能驅(qū)動(dòng)抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和從微控帛器接收脈寬調(diào)制輸出的直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器；一個(gè)連接得能控制一個(gè)PLC換能裝置和從位在陀螺模塊上的一個(gè)PLC探測(cè)器接收輸入的光路長(zhǎng)度控制器，它用來(lái)探測(cè)激光光路長(zhǎng)度，其中，光路長(zhǎng)度控制器還有一個(gè)被微控制器用來(lái)處理激光光路長(zhǎng)度數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換輸出；一個(gè)連接在激光陀螺上的主動(dòng)電流控制裝置，用來(lái)保持陀螺模塊中的激光，它有一個(gè)微控制器輸入，一個(gè)連接在第一陽(yáng)極上的第二主動(dòng)電流控制輸出，以及一個(gè)連接在第二陽(yáng)極上的第三主動(dòng)電流控制輸出；以及用來(lái)高壓起動(dòng)的裝置，它含在陀螺外殼內(nèi)，并連接在主動(dòng)電流控制裝置上，用來(lái)使激光陀螺起動(dòng)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的模塊式激光陀螺，其中陀螺模埠還包括一個(gè)連接在陀螺模塊上的模塊溫度傳感器，用來(lái)測(cè)量模塊的溫度，其中模塊溫度傳感器有一個(gè)連接在一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入上的輸出。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的模式傳感設(shè)備，其中的微控制器還包括一個(gè)通用異步接收發(fā)送機(jī)(UART)，它集成在微控制器中，并通過(guò)發(fā)送和接收裝置連接到一個(gè)用來(lái)控制慣性傳感裝置的外部系統(tǒng)上。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的模式傳感設(shè)備，其中的抖動(dòng)探測(cè)器有一個(gè)抖動(dòng)探測(cè)放大器，它有一個(gè)連接在一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端上的輸出。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的模式傳感設(shè)備，其中有一個(gè)用來(lái)探測(cè)激光的讀出裝置連接在激光陀螺上，它有一個(gè)光電二極管裝置輸入、一個(gè)連接在A/D轉(zhuǎn)換器輸入上的讀出輸出、以及一個(gè)同時(shí)連接在數(shù)字邏輯裝置和環(huán)形激光陀螺上的讀出輸出。
26.根據(jù)權(quán)利要求1的模式傳感設(shè)備，其中的慣性傳感裝置包括一個(gè)帶有一個(gè)抖動(dòng)探測(cè)器的抖動(dòng)激光陀螺，其的抖動(dòng)探測(cè)器有一個(gè)抖動(dòng)探測(cè)輸出，該模塊式傳感設(shè)備還包括向一個(gè)第一數(shù)字抖動(dòng)探測(cè)輸出的輸出；以及第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用來(lái)把抖動(dòng)探測(cè)輸出轉(zhuǎn)換成一個(gè)第二數(shù)字抖動(dòng)探測(cè)輸出。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的模式傳感設(shè)備，其中的第二模/數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置連接在數(shù)字控制裝置上。
28.一種用來(lái)測(cè)量一個(gè)帶有至少一個(gè)反射鏡的激光陀螺的隨機(jī)漂移率的方法，它包括下述步驟使激光陀螺在一個(gè)偏置漂移率周期上工作；在該至少一個(gè)反射鏡的多個(gè)位置上測(cè)量隨機(jī)漂移率；以及監(jiān)測(cè)最低隨機(jī)漂移率的發(fā)生。
29.根據(jù)權(quán)利要求2的模式傳感設(shè)備，其中的激光陀螺還包括一個(gè)具有一個(gè)激光光路長(zhǎng)度的激光光路和一個(gè)有多個(gè)模式的激光束，其中的數(shù)字控制裝置還包括一個(gè)含向上掃描部分和向下掃描部分的光路長(zhǎng)度控制寄存器，并且其中的激光光路長(zhǎng)度在響應(yīng)于向上掃描部分時(shí)增加到多個(gè)模式中的一個(gè)模式，而激光光路長(zhǎng)度在響應(yīng)于向下掃描部分時(shí)減小到多個(gè)模式中的一個(gè)模式。
30.一種模塊式激光陀螺，它包括一個(gè)模塊式激光陀螺外殼；一個(gè)有一個(gè)激光束的激光陀螺，它含有位在模塊式激光陀螺外殼內(nèi)的激光陀螺電極，其中該激光陀螺產(chǎn)生一個(gè)陀螺角；一個(gè)數(shù)字控制處理器，它有一個(gè)電流控制輸出、一個(gè)抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)輸出、一個(gè)內(nèi)裝的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、以及一個(gè)含在模塊式激光陀螺外殼內(nèi)的微處理器；一個(gè)主動(dòng)電流控制裝置，用于控制激光陀螺中的產(chǎn)生激光的電流，該主動(dòng)電流控制裝置有一個(gè)連接在電流控制輸出上的控制輸入，該主動(dòng)電流控制裝置還有連接在激光陀螺的一些電極上的一些電極輸出，還有一些高壓輸入，該主動(dòng)電流控制裝置含在模塊式激光陀螺外殼內(nèi)；一個(gè)高壓起動(dòng)電路，它含有一個(gè)高壓起動(dòng)模塊和連接在高壓輸入上的高壓脈沖發(fā)生設(shè)備，其中高壓起動(dòng)電路含在模塊式激光陀螺外殼內(nèi)；設(shè)置在數(shù)字控制處理器內(nèi)的裝置，它用來(lái)標(biāo)定每個(gè)模式的電壓和系統(tǒng)的構(gòu)形；一個(gè)直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，它用來(lái)控制激光陀螺的抖動(dòng)，它連接在抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)輸出上；一個(gè)抖動(dòng)探測(cè)裝置，它連接在內(nèi)設(shè)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器上，用來(lái)把一個(gè)抖動(dòng)信號(hào)發(fā)送給數(shù)字控制處理器；以及一個(gè)抖動(dòng)剝除裝置，它設(shè)置在數(shù)字控制處理器內(nèi)，用來(lái)接收抖動(dòng)信號(hào)和從陀螺角中剝除抖動(dòng)信號(hào)。
全文摘要
一種模塊式激光陀螺，它有一個(gè)激光陀螺和一個(gè)數(shù)字控制處理器協(xié)同地工作。數(shù)字控制處理器安全并快速地起動(dòng)激光陀螺。微處理器還執(zhí)行對(duì)陀螺的檢測(cè)，并提供工作是否正常的信號(hào)?？梢詧?zhí)行任選的起動(dòng)操作，其中包括每個(gè)模式的電壓的標(biāo)定和系統(tǒng)構(gòu)形?？梢韵蛞粋€(gè)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)提供各種信息，這包括陀螺參數(shù)安裝指令、陀螺狀態(tài)指令、和陀螺標(biāo)定及診斷指令。一個(gè)高壓起動(dòng)電路包括一個(gè)高壓起動(dòng)模塊和一個(gè)高壓脈沖發(fā)生設(shè)備。高壓起動(dòng)電路是含在模塊式激光陀螺的外殼內(nèi)的。一個(gè)驅(qū)動(dòng)抖動(dòng)電機(jī)的直接數(shù)字抖動(dòng)驅(qū)動(dòng)器控制陀螺的抖動(dòng)，以防止激束的鎖定。一個(gè)抖動(dòng)剝除器控制器控制抖動(dòng)信號(hào)剝除。一個(gè)偏置漂移率改變進(jìn)系統(tǒng)以及一個(gè)隨機(jī)漂移率改進(jìn)系統(tǒng)減小了誤差。一個(gè)壽命預(yù)測(cè)機(jī)構(gòu)和一個(gè)存儲(chǔ)了最壞情形下的性能參數(shù)的存儲(chǔ)器模塊協(xié)同工作，通過(guò)與預(yù)定的失效判據(jù)相比較而對(duì)這些參數(shù)作出評(píng)估。一個(gè)主動(dòng)電流控制裝置控制激光發(fā)射電流，以延長(zhǎng)壽命和增強(qiáng)性能。一個(gè)單變壓器電源向該模塊式陀螺供電。
文檔編號(hào)G01C19/66GK1145664SQ94194915
公開(kāi)日1997年3月19日 申請(qǐng)日期1994年11月29日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月29日
發(fā)明者約瑟夫·E·基爾帕特里克, 達(dá)萊·F·伯恩特 申請(qǐng)人:霍尼韋爾公司