一种三浮陀螺仪的数字解调系统技术方案

本发明专利技术公开了一种三浮陀螺仪的数字解调系统，包括：角度传感器、信号发生器、前置放大器、A/D转换电路、恒温晶体振荡器、FPGA现场可编程逻辑器件、RS/485接口电路和上位机；角度传感器，用于将采集得到的待测信号加载到由信号发生器产生的标准正弦激磁信号上，形成正弦波调制波形信号；前置放大器，用于对信号进行放大；A/D转换电路，用于对信号进行模数转换，得到待测数字信号和标准数字信号；FPGA现场可编程逻辑器件，用于根据标准数字信号对待测数字信号进行解算，将解算结果通过RS/485接口电路输出到上位机。通过本发明专利技术实现了对通过角度传感器采集得到的待测信号的快速、高精度的数字化解调。

A digital demodulation system for three floating gyroscope

The invention discloses a digital demodulation system, a three floating gyroscope includes: angle sensor, signal generator, pre amplifier, A/D conversion circuit, crystal oscillator, FPGA field programmable logic device, RS/485 interface circuit and PC; angle sensor used to collect the measured signal is applied to the standard sine excitation signal produced by the signal generator, the formation of a sine wave modulation waveform signal; preamplifier for amplification of signal; A/D conversion circuit used for signal conversion, obtaining the digital signal and standard digital signal to be measured; FPGA field programmable logic devices, according to standard digital signal to digital signal measuring solution. The calculation results through the RS/485 interface to the host computer output circuit. By means of the invention, the fast and high-precision digital demodulation of the signal to be measured through the angle sensor is realized.

【技术实现步骤摘要】
一种三浮陀螺仪的数字解调系统
本专利技术属于惯性测量
，尤其涉及一种三浮陀螺仪的数字解调系统。
技术介绍
弹道导弹和运载火箭通常采用惯性坐标系作为基准坐标系，利用陀螺稳定平台为弹(箭)建立惯性坐标系。陀螺稳定平台的一种典型安装方式是：弹(箭)发射前，平台的外框架轴垂直于射面与弹体的俯仰轴重合，内框架轴、台体轴分别与弹体滚动轴、偏航轴重合。利用台体上陀螺仪所建立的惯性坐标系通过稳定回路控制平台框架，使台体稳定在惯性空间，作为测量弹体运动参数的基本坐标系，因此陀螺角度传感器信号的解算对台体惯性坐标系的建立有着重要的意义。陀螺角度传感器解调方法，主要是利用信号周期性和噪声随机性的差别，通过自相关或互相关运算，达到去除噪声的一种技术。现有的解调方法主要是利用模拟乘法器，模拟开关等组成的模拟锁相放大电路搭建完成，被测信号与参考信号经过外部信号通道处理后分别进入由模拟乘法器与模拟低通滤波器构成的相关解调器，最终将结果输出。随着工作频率的增高，低通滤波器和模拟乘法器的增益和精度都会下降，导致解调出来的数据严重失真。而且传统的模拟锁相放大电路存在着温度漂移，噪声等缺点，以及模拟器件自身存在的精度问题、电路板制作和其它因素带来的干扰，都对精度产生了影响。对于新形势下高速和高精度的要求，模拟相敏解调已经无法满足要求。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种三浮陀螺仪的数字解调系统，实现了对通过角度传感器采集得到的待测信号的快速、高精度的数字化解调。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种三浮陀螺仪的数字解调系统，包括：角度传感器(1)、信号发生器(2)、前置放大器(3)、A/D转换电路(4)、恒温晶体振荡器(5)、FPGA现场可编程逻辑器件(6)、RS/485接口电路(7)和上位机(8)；所述信号发生器(2)，用于产生所述标准正弦激磁信号；所述角度传感器(1)安装在仪表本体上，用于敏感陀螺仪的转角，采集得到携带有陀螺仪转子位置信息的待测信号；以及，接收所述信号发生器(2)产生的标准正弦激磁信号；将所述待测信号加载到所述标准正弦激磁信号上形成正弦波调制波形信号，并输出至所述前置放大器(3)；所述前置放大器(3)，用于对所述角度传感器(1)输出的正弦波调制波形信号进行放大，并输出；所述A/D转换电路(4)，用于对经所述前置放大器(3)放大处理后的正弦波调制波形进行信号转换，得到待测数字信号，并输出；以及，接收所述信号发生器(2)产生的标准正弦激磁信号，对所述标准正弦激磁信号进行信号转换，得到标准数字信号，并输出；所述恒温晶体振荡器(5)，用于为所述三浮陀螺仪的数字解调系统提供稳定的时钟信号；所述FPGA现场可编程逻辑器件(6)，用于接收所述A/D转换电路(4)输出的待测数字信号和标准数字信号，根据所述标准数字信号对所述待测数字信号进行解算处理，得到解算结果，并将所述解算结果通过所述RS/485接口电路(7)输出到所述上位机(8)，实现回路闭环控制；所述上位机(8)，用于接收所述解算结果，以及，通过所述RS/485接口电路(7)获取各监测量信息，以及，通过发送控制字的方式远程控制所述三浮陀螺仪的数字解调系统。在上述三浮陀螺仪的数字解调系统中，所述角度传感器(1)为短路匝式传感器；所述角度传感器(1)的激磁线圈和输出线圈均固定在所述角度传感器(1)的定子上；所述角度传感器(1)的短接线圈固定在所述角度传感器(1)的转子上。在上述三浮陀螺仪的数字解调系统中，所述前置放大器(3)包括：仪表放大器AD620，电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、电容C3和电容C4；电阻R1的一端接仪表放大器AD620的管脚1，另一端接仪表放大器AD620的管脚8；电阻R2的一端接仪表放大器AD620的管脚2，另一端接仪表放大器AD620的管脚3；电容C1的一端接仪表放大器AD620的管脚2，另一端接仪表放大器AD620的管脚3；电容C2的一端接仪表放大器AD620的管脚2，另一端接仪表放大器AD620的管脚3；电容C3的一端接仪表放大器AD620的管脚4，另一端接参考地；电容C4的一端接仪表放大器AD620的管脚7，另一端接参考地；仪表放大器AD620的管脚4接到电源-12V；仪表放大器AD620的管脚7接到电源+12V；仪表放大器AD620的管脚3接所述角度传感器(1)的输出信号正端；仪表放大器AD620的管脚2接所述角度传感器(1)的输出信号负端；放大后的正弦波调制波形由仪表放大器AD620的管脚6输出。在上述三浮陀螺仪的数字解调系统中，所述A/D转换电路(4)，包括：A/D转换芯片、电阻R4、电阻R5、电阻R7、电阻R8，电容C20、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电容C25、电容C26、电容C27、电容C28、电容C29、电容C30、电容C31、电容C32，瞬态抑制二极管TV3、电感L1、电感L2、电源芯片U1和电源芯片U2；电阻R7的一端接A/D转换芯片的A1通道，另一端接所述信号发生器(2)的输出；电容C20接在所述A/D转换芯片的A1通道与模拟地之间；电阻R8的一端接A/D转换芯片的A0通道，另一端接所述前置放大器(3)的输出；电容C32接在所述A/D转换芯的A0通道与模拟地之间；电阻R4的一端接A/D转换芯片的管脚27，另一端接数字参考电压；电阻R5的一端接A/D转换芯片的管脚27，另一端接数字地；电容C27和瞬态抑制二极管TV3的两端均分别连接数字参考电压和数字地；电容C28的一端接A/D转换芯片的管脚57，另一端接模拟地；电容C29的一端接A/D转换芯片的管脚55，另一端接模拟地；电容C30的一端接A/D转换芯片的管脚53，另一端接模拟地；电容C31的一端接A/D转换芯片的管脚50，另一端接模拟地；电感L1接在信号地和模拟地之间；电感L2接在信号地和数字地之间；电源芯片U2的输入管脚I连接12V电源，输出管脚O的输出信号为模拟参考电压，地管脚G连接模拟地；其中，在电源芯片U2的输入管脚I和出管脚O与模拟地之间分别连接有电容C21和电容C22；电源芯片U1的输入管脚I连接5V电源，输出管脚O的输出信号为数字参考电压，地管脚G连接数字地；其中，在电源芯片U1的输入管脚I与数字地之间并联有电容C23和电容C25；在电源芯片U1的输出管脚O与数字地之间并联有电容C24与电容C26。在上述三浮陀螺仪的数字解调系统中，所述FPGA现场可编程逻辑器件(6)，包括：数据采集控制模块、数据处理模块和锁相环模块；所述数据采集控制模块，用于接收所述上位机(8)发送的控制信号，根据所述控制信号对所述A/D转换电路(4)进行采样控制，并从所述A/D转换电路(4)中读取待测数字信号和标准数字信号；将读取的待测数字信号和标准数字信号发送至数据处理模块；所述数据处理模块，用于对所述标准数字信号进行移相处理，得到一对与待测数字信号同频的正交正弦波参考数字信号；对所述待测数字信号和所述一对参考数字信号进行互相关运算，得到合成信号；通过所述数据处理模块中的数字低通滤波器，滤除所述合成信号中含有(2ωt)的高频分量，得到同向分量和正交分量；根据所述同向分量和正交分量确定所述待测信号的幅度和相位；将确定的待测信号的幅度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三浮陀螺仪的数字解调系统，其特征在于，包括：角度传感器(1)、信号发生器(2)、前置放大器(3)、A/D转换电路(4)、恒温晶体振荡器(5)、FPGA现场可编程逻辑器件(6)、RS/485接口电路(7)和上位机(8)；所述信号发生器(2)，用于产生所述标准正弦激磁信号；所述角度传感器(1)安装在仪表本体上，用于敏感陀螺仪的转角，采集得到携带有陀螺仪转子位置信息的待测信号；以及，接收所述信号发生器(2)产生的标准正弦激磁信号；将所述待测信号加载到所述标准正弦激磁信号上形成正弦波调制波形信号，并输出至所述前置放大器(3)；所述前置放大器(3)，用于对所述角度传感器(1)输出的正弦波调制波形信号进行放大，并输出；所述A/D转换电路(4)，用于对经所述前置放大器(3)放大处理后的正弦波调制波形进行信号转换，得到待测数字信号，并输出；以及，接收所述信号发生器(2)产生的标准正弦激磁信号，对所述标准正弦激磁信号进行信号转换，得到标准数字信号，并输出；所述恒温晶体振荡器(5)，用于为所述三浮陀螺仪的数字解调系统提供稳定的时钟信号；所述FPGA现场可编程逻辑器件(6)，用于接收所述A/D转换电路(4)输出的待测数字信号和标准数字信号，根据所述标准数字信号对所述待测数字信号进行解算处理，得到解算结果，并将所述解算结果通过所述RS/485接口电路(7)输出到所述上位机(8)，实现回路闭环控制；所述上位机(8)，用于接收所述解算结果，以及，通过所述RS/485接口电路(7)获取各监测量信息，以及，通过发送控制字的方式远程控制所述三浮陀螺仪的数字解调系统。...

【技术特征摘要】
1.一种三浮陀螺仪的数字解调系统，其特征在于，包括：角度传感器(1)、信号发生器(2)、前置放大器(3)、A/D转换电路(4)、恒温晶体振荡器(5)、FPGA现场可编程逻辑器件(6)、RS/485接口电路(7)和上位机(8)；所述信号发生器(2)，用于产生所述标准正弦激磁信号；所述角度传感器(1)安装在仪表本体上，用于敏感陀螺仪的转角，采集得到携带有陀螺仪转子位置信息的待测信号；以及，接收所述信号发生器(2)产生的标准正弦激磁信号；将所述待测信号加载到所述标准正弦激磁信号上形成正弦波调制波形信号，并输出至所述前置放大器(3)；所述前置放大器(3)，用于对所述角度传感器(1)输出的正弦波调制波形信号进行放大，并输出；所述A/D转换电路(4)，用于对经所述前置放大器(3)放大处理后的正弦波调制波形进行信号转换，得到待测数字信号，并输出；以及，接收所述信号发生器(2)产生的标准正弦激磁信号，对所述标准正弦激磁信号进行信号转换，得到标准数字信号，并输出；所述恒温晶体振荡器(5)，用于为所述三浮陀螺仪的数字解调系统提供稳定的时钟信号；所述FPGA现场可编程逻辑器件(6)，用于接收所述A/D转换电路(4)输出的待测数字信号和标准数字信号，根据所述标准数字信号对所述待测数字信号进行解算处理，得到解算结果，并将所述解算结果通过所述RS/485接口电路(7)输出到所述上位机(8)，实现回路闭环控制；所述上位机(8)，用于接收所述解算结果，以及，通过所述RS/485接口电路(7)获取各监测量信息，以及，通过发送控制字的方式远程控制所述三浮陀螺仪的数字解调系统。2.根据权利要求1所述的三浮陀螺仪的数字解调系统，其特征在于，所述角度传感器(1)为短路匝式传感器；所述角度传感器(1)的激磁线圈和输出线圈均固定在所述角度传感器(1)的定子上；所述角度传感器(1)的短接线圈固定在所述角度传感器(1)的转子上。3.根据权利要求1所述的三浮陀螺仪的数字解调系统，其特征在于，所述前置放大器(3)包括：仪表放大器AD620，电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、电容C3和电容C4；电阻R1的一端接仪表放大器AD620的管脚1，另一端接仪表放大器AD620的管脚8；电阻R2的一端接仪表放大器AD620的管脚2，另一端接仪表放大器AD620的管脚3；电容C1的一端接仪表放大器AD620的管脚2，另一端接仪表放大器AD620的管脚3；电容C2的一端接仪表放大器AD620的管脚2，另一端接仪表放大器AD620的管脚3；电容C3的一端接仪表放大器AD620的管脚4，另一端接参考地；电容C4的一端接仪表放大器AD620的管脚7，另一端接参考地；仪表放大器AD620的管脚4接到电源-12V；仪表放大器AD620的管脚7接到电源+12V；仪表放大器AD620的管脚3接所述角度传感器(1)的输出信号正端；仪表放大器AD620的管脚2接所述角度传感器(1)的输出信号负端；放大后的正弦波调制波形由仪表放大器AD620的管脚6输出。4.根据权利要求1所述的三浮陀螺仪的数字解调系统，其特征在于，所述A/D转换电路(4)，包括：A/D转换芯片、电阻R4、电阻R5、电阻R7、电阻R8，电容C20、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电容C25、电容C26、电容C27、电容C28、电容C29、电容C30、电容C31、电容C32，瞬态抑制二极管TV3、电感L1、电感L2、电源芯片U1和电源芯片U2；电阻R7的一端接A/D转换芯片的A1通道，另一端接所述信号发生器(2)的输出；电容C20接在所述A/D转换芯片的A1通道与模拟地之间；电阻R8的一端接A/D转换芯片的A0通道，另一端接所述前置放大器(3)的输出；电容C32接在所述A/D转换芯的A0通道与模拟地之间；电阻R4的一端接A/D转换芯片的管脚27，另一端接数字参考电压；电阻R5的一端接A/D转换芯片的管脚27，另一端接数字地；电容C27和瞬态抑制二极管TV3的两端均分别连接数字参考电压和数字地；电容C28的一端接A/D转换芯片的管脚57，另一端接模拟地；电容C29的一端接A/D转换芯片的管脚55，另一端接模拟地；电容C30的一端接A/D转换芯片的管脚53...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱嘉婧，贺栋，张沛晗，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11