一种应用于惯性导航系统的高精度IF转换模块技术方案

本发明专利技术涉及一种应用于惯性导航系统的高精度IF转换模块，包括：测温电路，根据环境温度输出不同电压；DA转换器，其输入端与测温电路的输出电连接；两路基准精密恒流源，每路基准精密恒流源包括两路输入和一路输出，其一路输入接外部恒流源，另一路输入接DA转换器的输出；开关电路，包括两路输入和一路输出，两路输入分别接两路基准精密恒流源的输出；积分比较电路，包括两路输入和两路输出，其一路输入接加速度计的电流信号输出，另一路输入接开关电路的两路输出；逻辑电路，包括两路输入和两路输出，其两路输入分别接积分比较电路的两路输出，其两路输出分别接开关电路的两路控制端。该模块温度系数小、不对称性低、非线性度小、功耗低、体积小。

A high precision if conversion module applied to inertial navigation system

【技术实现步骤摘要】
一种应用于惯性导航系统的高精度IF转换模块
本专利技术涉及惯性导航
，具体涉及一种应用于惯性导航系统的高精度IF转换模块。
技术介绍
在惯性导航系统中，需要将加速度计(简称加表)输出的微弱电流信号转换成数字信号进行信号处理，从而进行导航系统定位定向的数据计算，因此IF转换模块性能的优劣直接决定惯性导航系统的最终精度。传统IF转换模块采用将IF转换模块局部核心电路放入恒温槽中进行温控的方法来提升IF转换模块的温度系数。该方法能够获得较好的温度系数，但也存在居多缺点：1.稳定时间长，温度稳定需要一定时间；2.功耗大，温控需要消耗大量功率，不适用于功耗要求较高的系统；3.不能补偿对称性，在该方法中由于基准电流源电流固定，因此正负电流源必然存在不对称；4.调试复杂，数字补偿技术可通过数字方法补偿温度系数和对称性，相对通过改变阻容器件来调整对称性较为简单。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种应用于惯性导航系统的高精度IF转换模块，解决了现有技术的稳定时间长、功耗大、不能补偿对称性、调试复杂等技术问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种应用于惯性导航系统的高精度IF转换模块，包括：测温电路，用于根据环境温度输出不同电压；DA转换器，其输入端与所述测温电路的输出端电连接；两路基准精密恒流源，每路所述基准精密恒流源包括两路输入和一路输出，其中一路输入接外部恒流源电路，另一路输入接DA转换器的输出端；开关电路，包括两路输入和一路输出，两路输入分别接两路所述基准精密恒流源的输出；积分比较电路，包括两路输入和两路输出，其中一路输入接加速度计的电流信号输出，另一路输入接开关电路的两路输出；逻辑电路，包括两路输入和两路输出，所述逻辑电路的两路输入分别接所述积分比较电路的两路输出，所述逻辑电路的两路输出分别接所述开关电路的两路控制端。进一步，所述基准精密恒流源包括运算放大电路，所述运算放大电路包括运算放大器，所述运算放大器的正相输入端连接电压参考源，所述运算放大器的负相输入端通过高精密电阻与所述外部恒流源电路连接，所述运算放大器的输出端连接所述开关电路的输入。进一步，两路所述基准精密恒流源包括正恒流源与负恒流源，所述正恒流源的输出端与所述负恒流源的输出端分别连接所述开关电路的两路输入。进一步，所述测温电路包括单片机、温度传感器，所述温度传感器的输出连接所述单片机的输入，所述单片机的SPI输出连接所述DA转换器的输入端，所述DA转换器的输出端与所述基准精密恒流源的输出端并联接入所述开关电路的其中一路输入端；所述单片机中预存有所述基准精密恒流源在不同温度环境下的输出电流曲线，所述单片机将测得的实时温度值代入所述曲线计算出所述基准精密恒流源的偏差电流、并通过所述DA转换器输出补偿电流。进一步，所述DA转换器的输出端还串联有转换电阻，所述转换电阻的另一端连接所述基准精密恒流源与所述开关电路的节点，所述转换电阻用于将所述DA转换器输出的电压转换为电流。本专利技术的有益效果是：惯性导航系统采用本专利技术的IF转换模块，可通过数字补偿技术提升电流频率转换电路的温度系数以及对称性，相对市面上其它IF转换模块，该设计具有温度系数小、非线性度小、不对称性低、、功耗低、体积小等一系列优势。该转换模块可作为通用模块应用于各种惯性导航系统中，还可应用于重力仪、重力梯度仪等重力测量领域中，适用性强。附图说明图1(a)为本专利技术IF转换模块原理框图；图1(b)为本专利技术IF转换模块电路工作原理示意图；图2为本专利技术基准精密恒流源原理图；图3为本专利技术开关电路原理示意图；图4为本专利技术积分比较电路原理图；图5为本专利技术IF转换模块逻辑控制部分原理图；图6为本专利技术IF转换模块测温部分原理图；图7为本专利技术IF转换模块温度系数测试曲线；图8为本专利技术IF转换模块非线性度测试曲线；图9为本专利技术外观示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图1～9所示的一种应用于惯性导航系统的高精度IF转换模块，包括：测温电路，用于根据环境温度输出不同电压；DA转换器，其输入端与所述测温电路的输出端电连接；两路基准精密恒流源，每路所述基准精密恒流源包括两路输入和一路输出，其中一路输入接外部恒流源电路，另一路输入接DA转换器的输出端；开关电路，包括两路输入和一路输出，两路输入分别接两路所述基准精密恒流源的输出；积分比较电路，包括两路输入和两路输出，其中一路输入接加速度计的电流信号输出，另一路输入接开关电路的两路输出；逻辑电路，包括两路输入和两路输出，所述逻辑电路的两路输入分别接所述积分比较电路的两路输出，所述逻辑电路的两路输出分别接所述开关电路的两路控制端。如图2所示，所述基准精密恒流源包括运算放大电路，所述运算放大电路包括运算放大器，所述运算放大器的正相输入端连接电压参考源，所述运算放大器的负相输入端通过高精密电阻与所述外部恒流源电路连接，所述运算放大器的输出端连接所述开关电路的输入。本实施例中，两路所述基准精密恒流源包括正恒流源与负恒流源，所述正恒流源的输出端与所述负恒流源的输出端分别连接所述开关电路的两路输入。本实施例中，所述测温电路包括单片机、温度传感器，所述温度传感器的输出连接所述单片机的输入，所述单片机的SPI输出连接所述DA转换器的输入端，所述DA转换器的输出端与所述基准精密恒流源的输出端并联接入所述开关电路的其中一路输入端；所述单片机中预存有所述基准精密恒流源在不同温度环境下的输出电流曲线，所述单片机将测得的实时温度值代入所述曲线计算出所述基准精密恒流源的偏差电流、并通过所述DA转换器输出补偿电流。本实施例中，所述DA转换器的输出端还串联有转换电阻，所述转换电阻的另一端连接所述基准精密恒流源与所述开关电路的节点，所述转换电阻用于将所述DA转换器输出的电压转换为电流。现结合附图对本实施例进行进一步说明。如图1(a)所示为本实施例的应用于惯性导航系统的高精度IF转换模块原理框图。IF转换模块的基本原理如下：加速度计输出的电流信号进入积分器，当电流积分到一定电荷值后，触发比较器，逻辑电路根据比较器输出逻辑，控制恒流源的通断开关对电流积分器的积分电容C4进行充放电，保持电荷平衡。其中恒流源精度随温度的变化而变化，因此可以拟合出恒流源随温度的变化曲线。单片机通过温度传感器读取当前的实时温度值，并对应当前温度值对应的IF转换模块的输出电流变化，输出不同的补偿数据给DA转换器，DA转换器的输出电压在转换电阻上产生电流，将该电流输出并补偿到基准精密恒流源的输出端，从而使基准精密恒流源维持恒定的电流输出值。该模块通过敏感基准精密恒流源的温度来调整DA转换器输出电压从而使基准精密恒流源维持恒定输出值，以此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于惯性导航系统的高精度IF转换模块，其特征在于，包括：/n测温电路，用于根据环境温度输出不同电压；/nDA转换器，其输入端与所述测温电路的输出端电连接；/n两路基准精密恒流源，每路所述基准精密恒流源包括两路输入和一路输出，其中一路输入接外部恒流源电路，另一路输入接DA转换器的输出端；/n开关电路，包括两路输入和一路输出，两路输入分别接两路所述基准精密恒流源的输出；/n积分比较电路，包括两路输入和两路输出，其中一路输入接加速度计的电流信号输出，另一路输入接开关电路的两路输出；/n逻辑电路，包括两路输入和两路输出，所述逻辑电路的两路输入分别接所述积分比较电路的两路输出，所述逻辑电路的两路输出分别接所述开关电路的两路控制端。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于惯性导航系统的高精度IF转换模块，其特征在于，包括：
测温电路，用于根据环境温度输出不同电压；
DA转换器，其输入端与所述测温电路的输出端电连接；
两路基准精密恒流源，每路所述基准精密恒流源包括两路输入和一路输出，其中一路输入接外部恒流源电路，另一路输入接DA转换器的输出端；
开关电路，包括两路输入和一路输出，两路输入分别接两路所述基准精密恒流源的输出；
积分比较电路，包括两路输入和两路输出，其中一路输入接加速度计的电流信号输出，另一路输入接开关电路的两路输出；
逻辑电路，包括两路输入和两路输出，所述逻辑电路的两路输入分别接所述积分比较电路的两路输出，所述逻辑电路的两路输出分别接所述开关电路的两路控制端。


2.根据权利要求1所述的IF转换模块，其特征在于，所述基准精密恒流源包括运算放大电路，所述运算放大电路包括运算放大器，所述运算放大器的正相输入端连接电压参考源，所述运算放大器的负相输入端通过高精密电阻与所述外部恒流源电路连接，所述运算放大器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，宣扬，尹业宏，彭煜，杨伟新，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一七研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42