一种惯性导航系统及其I/F采样电路、I/F转换电路技术方案

本发明专利技术公开了一种I/F采样电路，包括积分电路、双极性恒流源和加速度计，所述双极性恒流源和加速度计均与所述积分电路的电流输入端电连接；其特征在于：还包括恒定偏置电流电路，所述恒定偏置电流电路与所述积分电路的电流输入端电连接，所述恒定偏置电流电路等效为1.1

【技术实现步骤摘要】
一种惯性导航系统及其I/F采样电路、I/F转换电路


[0001]本专利技术涉及电路设计
，具体涉及一种惯性导航系统及其I/F采样电路。

技术介绍

[0002]加速度计是惯性导航系统的核心器件，其输出信号为模拟电流，为便于导航计算机对加速度计的输出信号进行采集和数据处理，需采用I/F转换电路，一种将模拟电流转换成数字量频率信号的电路。目前I/F转换电路已经相当成熟，因加速度计输出电流是双极性，故经典的I/F转换电路一般采用双极性恒流源+积分电路+A/D转换电路组合而成。
[0003]经典的I/F采样电路如图1所示，该电路通过积分电路将加速度计输出电流信号积分成电压进行采样。在惯性导航系统中三只加速度计成正交安装，通常情况下，有一种加速度计位于天向，其余两只位于水平面，并且位于水平面的加速度计输出电流很小。因此，当单电流输入很小时，经过积分电路后的电压变化缓慢，导致I/F转换电路存在零位死区现象，即当积分电压在0V附近时，对应的输入电流小幅抖动无法被转换电路捕捉。使得惯性导航系统位于水平面的两只加速度计积分电压变化很慢，可能出现长时间位于0V附近的情况，对于惯性导航系统小幅度运动就无法被敏感地测量到，从而影响系统导航测试精度。经典的I/F采样电路的工作区间覆盖了输入电荷量的正负区域。理想的I/F采样曲线在正负区域成线性变化，如图2中虚线所示，而实际的积分电路尤其器件特性等存在零位死区现象，故当输入电荷量位于死区时，测量电压值无法准确反映当前被测系统的运动变化。

技术实现思路

[0004]为解决
技术介绍
中现有惯性导航系统中的I/F转换电路存在零位死区现象，无法测量惯性导航系统小幅度运动，影响系统导航测试精度的问题，本专利技术提供了一种I/F采样电路，具体技术方案如下。
[0005]一种I/F采样电路，包括积分电路、双极性恒流源和加速度计，所述双极性恒流源和加速度计均与所述积分电路的电流输入端电连接；还包括恒定偏置电流电路，所述恒定偏置电流电路与所述积分电路的电流输入端电连接，所述恒定偏置电流电路等效为1.1
‑
2个重力加速度的恒流输入。
[0006]由此，通过引入恒定偏置电流电路，使得被测信号的工作区间往第一种象限移动，从而实现避开零位死区，提高采样精度的效果。
[0007]优选地，所述恒定偏置电流电路包括偏置电压源和偏置电阻；偏置电压源的输出端与所述偏置电阻的一端电连接，所述偏置电阻的另一端与积分电路的电流输入端电连接。
[0008]优选地，所述双极性恒流源与所述积分电路的电流输入端之间还设有第一基础电阻。
[0009]优选地，所述加速度计与所述积分电路的电流输入端之间还设有第二基础电阻。
[0010]优选地，所述偏置电阻与积分电路的电流输入端之间还设有二极管。
[0011]基于相同的专利技术构思，本专利技术还提供一种I/F转换电路，包括上述I/F采样电路，还包括A/D转换电路；所述积分电路的输出端与所述A/D转换电路的输入端电连接。
[0012]基于相同的专利技术构思，本专利技术还提供一种惯性导航系统，其特征在于：所述惯性导航系统上述I/F转换电路。
[0013]由于采用了以上技术方案，与现有技术相比较，本专利技术通过引入恒定偏置电流电路，使得I/F采样电路的被测信号的工作区间往第一种象限移动，从而实现避开零位死区，提高采样精度的效果。该I/F采样电路主要应用于惯性导航系统，可提高了导航系统全姿态下的I/F采样电路精度，可广泛应用于惯性导航系统，拥有广阔的应用前景。
附图说明
[0014]图1为现有I/F采样电路的示意图；
[0015]图2为通过现有I/F采样电路获取的采样曲线的示意图；
[0016]图3为本专利技术I/F采样电路的示意图；
[0017]图4为通过本专利技术I/F采样电路获取的采样曲线的示意图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。
[0019]参见图3和图4，一种I/F采样电路，包括积分电路、双极性恒流源和加速度计，所述双极性恒流源和加速度计均与所述积分电路的电流输入端电连接。所述双极性恒流源与所述积分电路的电流输入端之间还设有第一基础电阻R0。所述加速度计与所述积分电路的电流输入端之间还设有第二基础电阻R1。
[0020]还包括恒定偏置电流电路，所述恒定偏置电流电路与所述积分电路的电流输入端电连接，所述恒定偏置电流电路等效为1.1
‑
2个重力加速度的恒流输入。优选地，所述恒定偏置电流电路等效为1.2个重力加速度的恒流输入。
[0021]所述恒定偏置电流电路包括偏置电压源和偏置电阻R2；偏置电压源的输出端与所述偏置电阻R2的一端电连接，所述偏置电阻R2的另一端与积分电路的电流输入端电连接。所述偏置电阻R2与积分电路的电流输入端之间还设有二极管。偏置电压由基准电源芯片生成，R2为精密铂电阻。
[0022]IF采样电路的基本原理是电荷平衡，可列出如下公式：
[0023]Q
k
＝Q
k
‑1+i
k
T
[0024]其中Q
k
为第k次电荷总量，i为当前输入电流，T为采样间隔时间。由于电荷总量无法直接测量，可转换为如下公式：
[0025]V
k
C＝V
k
‑1C+i
k
T
[0026]其中V
k
为第k次测量的积分电压值，C为积分电容值。如果测量到的积分电压超过换向阀值电压(根据AD芯片的测量范围选择，以
±
10V的测量范围，可设定为
±
4.5V)，则设计恒流充放电开关电路工作一次，对积分电容设定充分的电荷量Q，使积分电压收缩到阈值范围内，且电压值改变量不能超过阀值电压，避免穿越零位死区。软件同时记录该次充放电操作，如果超过下换向阀值，记整数脉冲n为+1；如果超过上换向阀值，n为
‑
1；如果积分电压没有超过阀值，n为0。所记录的整脉冲数在下次计算时使用，存在如下计算公式：
[0027]V
k
C
‑
V
k
‑1C+nQ0＝i
k
T
[0028]其中Q0为平均每次充放电的电荷量，n为测量时间内总充放电的次数，将Q0转换为易被测量的电压U0可得如下公式：
[0029]i
k
T＝V
k
C
‑
V
k
‑1C+nU0C
[0030]对上述公式变形可得：
[0031][0032]从上述公式可以看出，输入电流i
k
可以通过容易直接测量的积分电压间接获取。考虑到输入电流i
k
的值与积分电路的其它参数息息相关，而这些参数不方便直接获取，故设计标定的方式来间接获取，将上述公式变换成如下模式，此时电流i
k...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种I/F采样电路，包括积分电路、双极性恒流源和加速度计，所述双极性恒流源和加速度计均与所述积分电路的电流输入端电连接；其特征在于：还包括恒定偏置电流电路，所述恒定偏置电流电路与所述积分电路的电流输入端电连接，所述恒定偏置电流电路等效为1.1
‑
2个重力加速度的恒流输入。2.根据权利要求1所述的I/F采样电路，其特征在于：所述恒定偏置电流电路包括偏置电压源和偏置电阻；偏置电压源的输出端与所述偏置电阻的一端电连接，所述偏置电阻的另一端与积分电路的电流输入端电连接。3.根据权利要求1或2所述的I/F采样电路，其特征在于：所述双极性恒...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘奇峰，唐琼，欧阳英图，汪莉霞，王莎莎，
申请(专利权)人：湖南航天机电设备与特种材料研究所，
类型：发明
国别省市：