一种飞行器力学环境参数高精度测量的系统及方法技术方案

一种飞行器力学环境参数高精度测量的系统及方法，为实现飞行器力学环境参数的高精度测量，本方法首先对输入信号进行调理，选用Sigma Delta型AD变换器对调理后信号进行过采样和噪声整形，通过FIR数字滤波滤出高频噪声，最后通过抽取技术保证数据输出速率要求，实现了飞行器力学环境参数的高精度测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于信号采集与 处理

技术介绍
测量精度是飞行器测量系统（以下简称测量系统）追求的最重要的指标之一，因 此如何在有限条件下提高精度是测量系统设计的重点。测量系统信号传输环节多，最终的 测量精度受多种因素影响，其中AD转换器是很重要的一个环节。 测量系统设计过程中，传感器产生的连续信号，要经过当前无线信道的传输，必须 转化为数字信号，任何模拟到数字的转换必然造成信号的失真。如何保证有限频带内信号 极低失真的恢复是数据采集的核心问题。 现有的数据采集方法由于硬件水平的限制，选用奈奎斯特型AD转换器，应用最多 的是逐次逼近型AD转换器，简单的遵循采样定理而采集。传统奈奎斯特型AD转换器采样率 有限，对于信号频率较高的力学环境参数往往难以满足采样定理的要求，信号出现混叠，因 此现有测量系统力学参数采集部分通常在AD转换器之前加抗混叠滤波器进行低通滤波。 抗混叠滤波器是一种模拟低通滤波器，受模拟元器件的精度限制，其阻带衰减难以做到很 高，信号仍会出现一定程度的混叠。 理论分析与历次测量数据一致表明，传统奈奎斯特型AD与抗混叠滤波器的组合 已经无法满足飞行器测量系统对力学环境参数高精度测量的要求。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种飞行器力学环境参数高 精度测量的系统及方法，突破现有的奈奎斯特型AD与抗混叠滤波器的组合框架，用性能指 标远远高于模拟滤波器的数字滤波器代替模拟滤波器，将数字滤波与过采样和噪声整形相 结合，滤除大部分高频噪声，提高精度。 本专利技术解决的技术方案为：一种飞行器力学环境参数高精度测量的系统，包括多 个信号采集通路，每个信号采集通路包括信号调理电路、Sigma Delta型AD转换器、FIR数 字滤波器、抽取模块； 信号调理电路，从飞行器的传感器及变换器接收一路力学环境参数模拟信号，该 路力学环境参数模拟信号是振动参数或噪声参数或冲击参数，该路力学环境参数模拟信号 的最高频率fc，将该路力学环境参数模拟信号的幅度范围调整至Sigma Delta型AD转换器 所需要的输入范围，送至Sigma Delta型AD转换器； Sigma Delta型AD转换器对该路信号调理电路调整后的力学环境参数模拟信号 进行R倍过采样，传统的测量方法是通过乃奎斯特型AD转换器进行采样，该乃奎斯特型 AD转换器的采样频率fs大于等于两倍的信号最高频率fc，过采样频率为RX fs，过采样 后，Sigma Delta型AD转换器采用Sigma Delta调制技术对该路信号进行噪声整形，输出 该路力学环境参数数字信号，该力学环境参数数字信号的量化噪声不均匀地分布在O到 RXfs/2间的频率范围； FIR数字滤波器，对Sigma Delta型AD转换器噪声整形后的该路力学环境参数数 字信号进行数字低通滤波，滤除高频噪声； 抽取模块设定M因子，M因子即抽取比例，抽取模块按照M因子对FIR数字滤波器 进行数字低通滤波后的该路力学环境参数数字信号进行抽取，以减低数据输出速率，所述M 因子的选择范围为根据M因子抽取后数据输出速率大于等于两倍的信号最高频率fc。 所述的信号调理电路包括电压跟随器电路、差动转换电路； 电压跟随器电路包括第一运算放大器；差动转换电路包括第一电阻Rl、第二电阻 R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第二运算放大器、第三运算放大 器；第一运算放大器的输入正端作为信号输入，第一运算放大器的输入负端连接第一运算 放大器的输出端，第四电阻R4的一端连接第一运算放大器的输出端，第四电阻R4的另一端 连接第二运算放大器的输入负端，第六电阻R6的一端连接第二运算放大器的输入负端，第 六电阻R6的另一端连接第二运算放大器的输出端，并作为输出信号的负端； 第二运算放大器的正端通过第五电阻R5接地； 第二运算放大器的输出端通过第一电阻Rl连接第三运算放大器的输入负端，第 三运算放大器的输入正端通过第二电阻R2接地，第三电阻R3的一端连接第三运算放大 器的输入负端，第三电阻R3的另一端连接第三运算放大器的输出端，并作为输出信号的正 端。 -种飞行器力学环境参数高精度测量的方法，包括步骤如下： (1)信号调理电路，从飞行器的传感器及变换器接收一路力学环境参数模拟信号， 该路力学环境参数模拟信号是振动参数或噪声参数或冲击参数，该路力学环境参数模拟信 号的最高频率fc，将该路力学环境参数模拟信号的幅度范围调整至Sigma Delta型AD转换 器所需要的输入范围，送至Sigma Delta型AD转换器； (2) Sigma Delta型AD转换器对该路步骤（1)信号调理电路调整后的力学环境参 数模拟信号进行R倍过采样，传统的测量方法是通过乃奎斯特型AD转换器进行采样，该乃 奎斯特型AD转换器的采样频率fs大于等于两倍的信号最高频率fc，过采样频率为RX fs， 过采样后，Sigma Delta型AD转换器采用Sigma Delta调制技术对该路信号进行噪声整形， 输出该路力学环境参数数字信号，该力学环境参数数字信号的量化噪声不均匀地分布在0 到RXfs/2间的频率范围； (3)FIR数字滤波器对步骤（2)Sigma Delta型AD转换器噪声整形后的该路力学环 境参数数字信号进行数字低通滤波，滤除高频噪声； (4)抽取模块设定M因子，M因子即抽取比例，抽取模块按照M因子对步骤⑶FIR 数字滤波器进行数字低通滤波后的该路力学环境参数数字信号进行抽取，以减低数据输出 速率，所述M因子的选择范围为根据M因子抽取后数据输出速率大于等于两倍的信号最高 频率fc。 本专利技术与现有技术相比的优点在于： (1)本专利技术用性能指标远远高于模拟滤波器的数字滤波器代替模拟滤波器，滤除 大部分高频噪声，提高测量精度。 (2)对于信号频率较高的飞行器力学环境参数，Sigma Delta型AD转换器通过 过采样降低了抗混叠滤波器的要求甚至不使用抗混叠滤波器也仍满足采样定理；Sigma Delta型AD转换器通过过采样与噪声整形将大部分噪声搬移至高频段，使数字滤波效果更 好。 (3)本专利技术在AD转换器之前先对信号进行调理，用于阻抗变换和单端信号到差动 信号的转换，并可根据选取不同电阻值适应不同输入信号范围。【附图说明】 图1为本专利技术力学环境参数高精度测量系统各信号采集通路组成框图； 图2为本专利技术各信当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞行器力学环境参数高精度测量的系统，其特征在于：包括多个信号采集通路，每个信号采集通路包括信号调理电路、Sigma Delta型AD转换器、FIR数字滤波器、抽取模块；信号调理电路，从飞行器的传感器及变换器接收一路力学环境参数模拟信号，该路力学环境参数模拟信号是振动参数或噪声参数或冲击参数，该路力学环境参数模拟信号的最高频率fc，将该路力学环境参数模拟信号的幅度范围调整至Sigma Delta型AD转换器所需要的输入范围，送至Sigma Delta型AD转换器；Sigma Delta型AD转换器对该路信号调理电路调整后的力学环境参数模拟信号进行R倍过采样，传统的测量方法是通过乃奎斯特型AD转换器进行采样，该乃奎斯特型AD转换器的采样频率fs大于等于两倍的信号最高频率fc，过采样频率为R×fs，过采样后，Sigma Delta型AD转换器采用Sigma Delta调制技术对该路信号进行噪声整形，输出该路力学环境参数数字信号，该力学环境参数数字信号的量化噪声不均匀地分布在0到R×fs/2间的频率范围；FIR数字滤波器，对Sigma Delta型AD转换器噪声整形后的该路力学环境参数数字信号进行数字低通滤波，滤除高频噪声；抽取模块设定M因子，M因子即抽取比例，抽取模块按照M因子对FIR数字滤波器进行数字低通滤波后的该路力学环境参数数字信号进行抽取，以减低数据输出速率，所述M因子的选择范围为根据M因子抽取后数据输出速率大于等于两倍的信号最高频率fc。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯晓妍，欧征宇，李昱，李大全，张晶，丛伟，李晓斐，宁高利，魏双成，张青学，杨小龙，关咏梅，张媛，郭世友，厉智强，高枫，王刚，
申请(专利权)人：北京宇航系统工程研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11