一种三轴惯性稳定平台陀螺信号采集电路及信号滤波系统，用于实现三轴惯性稳定平台角速率信息的高精准采集，为平台高精度控制提供反馈基准。其中陀螺信号采集电路包括信号放大电路、信号传输电路、电压限幅电路以及DSP模数转换电路；信号滤波模块包括静态因数标定部分和在线滑动平均滤波部分。本发明专利技术通过将微弱的陀螺电压信号进行适当放大、滤波，并转化为电流信号传输，经过电压限幅后进入DSP的AD通道进行原始模拟信号采集，再通过信号滤波模块提取出有用信息，从而转化为平台框架角速率真值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种三轴惯性稳定平台陀螺信号采集电路及信号滤波系统，属于高分辨率航空对地观测系统领域，可用于稳定精度要求高的三轴惯性稳定平台的陀螺信号采集和信号滤波，特别适合于轻小型高分辨率航空遥感三轴惯性稳定平台。
技术介绍
惯性稳定平台是实现高分辨率对地观测的必要设备，它可以有效隔离飞行平台的扰动及非理想姿态运动，使观测载荷视轴指向和航向始终保持惯性空间稳定。目前，国外代表性产品为瑞士 Leica公司的PAV30和PAV80，而国内相关研究刚刚起步，无成熟产品。现有的三轴惯性稳定平台陀螺采集电路和信号滤波方法没有给出陀螺信号的增益系数和零偏系数的标定方法和信号滤波方法，无法消除噪声和抖动影响。另外，信号放大电路没有考虑地电位浮动的影响，在电路噪声影响下地电位的变化直接引入到测量环节， 造成有用信息测量准确度下降；同时差动运算放大器没有顾及共模抑制问题，耦合的噪声较大；信号传输电路的信号接口端采用单线传输方式，易受其它信号干扰；电压限幅时直接将上限电压接入基准源电压，下限电压接入地，这样由于基准源阻抗较小，当输入电压超过饱和值时都会抬高或拉低基准源电压而失去限幅作用，同时可能损坏其它电路，造成可靠性下降。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种三轴惯性稳定平台陀螺信号采集电路及信号滤波系统， 消除了噪声和抖动影响，同时提高了测量准确度。本专利技术的技术解决方案一种三轴惯性稳定平台陀螺信号采集电路及信号滤波系统，包括光纤速率陀螺(1)、信号放大电路O)、信号传输电路(3)、电压限幅电路(4)及 DSP (5)光纤速率陀螺(1)用于测量平台框架相对于惯性空间的角速率，为平台系统提供速率反馈基准，其输入信号为平台框架相对于惯性空间的角速率，输出信号为正比于角速率大小的差分形式的电压信号，连接到信号放大电路( 进行电压放大，光纤速率陀螺(1) 的供电电源与地由信号放大电路(2)提供；信号放大电路( 包括差动运算放大器、电压跟随器及共模抑制电阻电容；光纤速率陀螺(1)输出的差分形式的电压信号经共模抑制电阻电容后连接到信号放大电路(2) 的差动运算放大器输入端，经过信号放大、滤波后，输出到信号输出电路(3)；在光纤速率陀螺(1)地端与信号放大电路O)的差动运算放大器参考电压端接入电压跟随器，可避免低位电压浮动，减小漏电流；信号输出电路C3)包括电流串联负反馈、差动运算放大器、参考电压以及信号接口端，其输入端为信号放大电路( 差动运算放大器经放大滤波后的输出端；首先通过电流串联负反馈将电压信号转化为电流信号，然后连接到信号接口端将信号传输到差动运算放大器的输入端，通过电阻将电流信号转化为电压信号，并叠加参考电压，将双向的电压信号转化为纯正向电压信号，输出到电压限幅电路⑷；电压限幅电路(4)包括上限电压、下限电压以及限幅二极管，其输入端为信号输出电路C3)经差动运算放大器叠加参考电压后的输出端；首先通过基准电压芯片接入电压跟随器生成上限电压，然后将上限电压通过电阻分压接入电压跟随器生成下限电压，上限电压和下限电压分别通过限幅二极管将输入电压进行限幅，输出端连接到DSP 内部模数转换电路；DSP(5)通过模数转换电路采集电压限幅电路⑷输出的信号，并转换数字信号，完成陀螺原始模拟信号采样，然后通过陀螺信号滤波模块完成陀螺信号滤波，将每次 DSP(5)读取的电压信号转换得到平滑后的角速率真实值；所述陀螺信号滤波模块包括静态因数标定部分和在线滑动平均滤波部分，所述在线滑动平均滤波部分将DSP^每次所读取的电压信号Vdsp进行平滑去噪，由静态因数标定部分将平滑去噪的电压值Vdsp转化为角速率真实值ω，g卩ω = k*(VDSP_b)，k为增益系数，b为零偏系数，同时静态因数标定部分事先将k和b标定出来。所述静态因数标定部分中零偏系数b标定如下利用速率转台来进行标定，保持速率转台静止不动，角速率ω =0，然后通过DSP 的模数转换电路中断采集到电压值 VDSP，分别记录多组数据，每组数据采集2-5分钟，然后对每组采集数据取平均值，之后再对多组数据的平均值求均值，该均值即为零偏系数b。所述静态因数标定部分中增益系数k标定如下将速率转台以ω° /s速率旋转， 速率转台转动角速率ω精确已知且ω >0，通过DSP 的模数转换电路中断采集2_5分钟数据，然后将该组数据求平均值，得到ω ° /s速率对应电压值用νω表示，然后将速率转台以-ω° /s速率旋转，通过DSP 的模数转换电路中断采集2-5分钟数据，然后将该组数据求平均值，得到_ω ° /s速率对应电压值用ν_ω表示，之后采用公式求增ω—ω益系数k。所述在线滑动平均滤波部分实现如下DSP(5)通过内部ADC中断进行数据采样 (采样频率可达几十KHZ)，然后判断采样次数，如果采样次数小于设定值，则其值加1，同时对本次采集到的数据进行野值判断，若非野值，则将本次数据存入数组元素中，若为野值， 则将滤波后输出值存入数组元素中，最后将数组中所有数据求平均值，作为本次滤波后的输出值；如果采样次数大于或等于设定值，则将采样次数恒等于设定值，同时将数组第一个数据剔除，将后面所有数据前移一位，然后对本次采集到的数据进行野值判断，若非野值， 则将本次数据存入数组末尾元素中，若为野值，则将滤波后输出值存入数组末尾元素中，最后将数组中所有数据求平均值，作为本次滤波后的输出值；依此类推，数组元素不断前移一位，非野值采样结果存入数组末尾，然后求平均值，便得到每次滑动平均滤波后的输出值。所述信号输出电路(3)中的信号接口端采用“电源-信号-地”的方式进行排列， 可有效避免信号干扰。本专利技术与现有技术相比的优点在于(1)本专利技术给出了详细的陀螺信号增益系数和零偏系数标定和信号滤波方法，包括静态因数标定部分和在线滑动平均滤波部分。静态因数标定可以有效地将增益系数和零偏系数测出，而不受测量噪声的影响，提高了测量准确度；在线滑动平均滤波可以剔除测量野值，并能够对数据进行平滑处理，消除了噪声和抖动影响。(2)本专利技术的信号放大电路在光纤速率陀螺的信号地与差动运算放大器的参考地之间接入了电压跟随器，这样两个地之间通过高阻抗等电位相连，可保证两者之间同时浮动，而不影响输出结果，进一步提高了有用信息测量的准确度；同时，本专利技术在差动运算放大器输入端接入精密电阻，并在输入端与供电电源、地之间接入精密电容，可以调节电路阻抗和容抗，提高共模抑制比，降低噪声影响。(3)本专利技术的信号传输电路的信号接口端不再使用单线形式传输，而是采用“电源-信号-地”的方式进行排列，即每个信号的两侧都由供电电源、地包围，为信号线提供较好的回流路径，同时可以达到一定的电磁屏蔽作用。(4)本专利技术的电压限幅电路不再与其它电路共用基准源，而是由独立的稳压管生成上限和下限电压，避免影响其它电路；同时接入电压跟随器，提高输出阻抗，保证当输入电压超过饱和值时可以迅速限幅而不会抬高或拉低基准电位。附图说明图1为本专利技术的信号连接框图2为本专利技术的信号放大电路；图3为本专利技术的信号传输电路；图4为本专利技术的电压限幅电路；图5为本专利技术的DSP模数转换电路；图6为本专利技术的在线滑动平均滤波部分流程图。具体实施例方式如图1所示，本专利技术包括光纤速率陀螺1、信号放大电路2、信号传输电路3、电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：钟麦英，李树胜，房建成，赵岩，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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