专利名称：一种基于捷联惯导系统的双ad信号采集处理方法及电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数据采集和处理技术，特别是一种基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理方法及电路。
背景技术：
对于应用于地空导弹武器系统的捷联惯导而言，一般要求输出两种信息一种是采样计算周期内导弹运动的角度增量和速度增量信息，另一种是导弹运动的瞬态角速度和
瞬态加速度信息。增量信息对实时性要求不高，但要求测量精度要高，主要用于导弹运动姿态解算或导航；瞬态信息要求实时性好，而对精度要求则不太高，主要用于导弹姿态稳定和控制。以往的设计方案均是高精度AD转换(或V/F、 I/F)后由数字接口输出作为增量信号，而将陀螺回路和加速度计采样电阻上的信号通过滤波及放大处理后以电压模拟量形式输出作为瞬态信号。通过电压模拟量的形式传输瞬态信号，从目前来看，还存在以下几点不足 (1)电压模拟量通过弹上电缆网与其它设备连接，信号易受干扰，信噪比低；
(2)输出信号零位及比例系数调试困难，对批量生产极为不利；
(3)输出信号不能在捷联惯导内部实施有效补偿，测量精度较低。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理方法及电路，既可以满足导弹运动姿态解算或导航对信号的高精度要求，又能够满足导弹姿态稳定和控制的快速性要求，信号信噪比高，不易受干扰；输出信号零位及比例系数调试容易，有利于批量生产；输出信号可以在捷联惯导内部实施有效补偿，可提高系统的测量精度。
本发明的技术方案一种基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理方法，该方法是采集导弹的角运动参数和线运动参数，将采集的信号通过高精度AD转换器转换为角增量数字信号和速度增量数字信号，经误差补偿后，用于导弹的姿态解算；将采集的信号通过高速A/D转换器转换为角速度数字信号和加速度数字信号，经误差补偿后，用于导弹的稳定控制。 上述的基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理方法中，所述角运动参数包括X、Y、Z三个坐标上的三个角速率模拟量cox、 coy、 coz ;所述线运动参数包括X、 Y、 Z三个坐标上的三个加速度模拟量Ax、Ay、Az ;6个模拟量信号分6个信道独立采集。
前述的基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理方法中，所述三个角速率模拟量"x、 "y、 "z和三个加速度模拟量Ax、 Ay、Az分别通过两个差分电路采集后，送入两个高精度AD转换器转换为角增量数字信号和速度增量数字信号；依次经串/并移位寄存器和FIFO缓存器送入数字信号处理器和锁存器及总线驱动电路。 前述的基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理方法中，所述三个角速率模拟量"x、 " y、 " z和三个加速度模拟量"x、 " y、 " z经过一个高速A/D转换器转换为角速度数字信号和加速度数字信号，经数字信号处理器的SSP接口送入数字信号处理器。 前述的基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理方法中，所述误差补偿是用标定
好的系数依次通过数据上传接口和总线驱动器送入数字信号处理器，数字信号处理器根据
标定好的系数对采集到的数据进行误差补偿运算。 按照前述的基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理方法所构建的基于捷联惯导 系统的双AD信号采集处理电路，电路的构成包括两个差分电路；两个差分电路的信号输出 端分别与两个高精度AD转换器的信号输入端连接；两个高精度AD转换器的输出信号端同 时与串/并移位寄存器的信号输入端连接，串/并移位寄存器的信号输出端与FIFO缓存器 的信号输入端连接，FIFO缓存器的信号输出端分别与数字信号处理器和锁存器及总线驱动 电路的信号输入端连接；该电路还包括高速A/D转换器；高速A/D转换器的信号输出端与 数字信号处理器的信号输入端连接；数字信号处理器的输出信号端经FIFO缓存器与并/串 移位寄存器的信号输入端连接；并/串移位寄存器与遥测装置接口之间有双向信号连接； 锁存器及总线驱动电路的一组输出信号端与弹载计算机接口连接；数字信号处理器经总线 驱动器与数据上传接口有双向信号连接；数字信号处理器的输出信号端与可编程控制逻辑 电路的输入信号端连接；在差分电路之前有温度采集电路。 上述的基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理电路中，还设有电压参考电路，为 整个电路提供基准电压。 前述的基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理电路中，所述差分电路的输入端 与三个角速率模拟量"x、 "y、 "z连接；所述差分电路的输入端与三个加速度模拟量Ax、 Ay、 Az连接；所述高速A/D转换器的输入端与三个角速率模拟量"x、 " y、 " z和三个加速 度模拟量Ax、Ay、Az连接；所述可编程控制逻辑电路输出一组控制信号。
前述的基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理电路中，所述两个差分电路的型 号均为0PA4227 ;所述两个高精度AD转换器均为22位E -A型AD转换器，型号为AD7716 ; 所述高速A/D转换器为8路14位AD转换器，型号为TLC3578 ;电路中两个串/并移位寄存 器和并/串移位寄存器的型号分别为HCT164和HCT166 ;电路中两个FIFO缓存器的型号 均为IDT7201 ;所述数字信号处理器的型号为TMS320F206 ;所述锁存器及总线驱动器，其中 锁存器的型号为HCT573，总线驱动器的型号为HCT244 ;所述可编程控制逻辑电路的型号为 GAL20V8 ;所述总线驱动器型号为HCT244 ;电压参考电路型号为SG431，前端温度采集电路 为带温敏电阻的桥式电路 与现有技术相比，由于本发明将运行导弹轨迹在三维坐标上的三个角速率模拟量 "x、 " y、 " z和三个加速度模拟量Ax、Ay、Az分6个信道独立采集，有利于提高实时数据采 集精度和速度。本发明将模拟信号通过两种不同的AD转换器，转换成数字信号进行处理， 可针对导弹运动姿态解算或导航和导弹稳定控制的不同要求分别处理，既能保证增量输出 精度，又能够达到瞬态信息输出的实时性要求，同时实现捷联惯导的全数字输出，简化接口 电路设计的复杂程度。本发明所选用的型号为AD7716的22位E-A型高精度AD转换器， 不但具有较高的精度，还能够体现累加效应。对导弹的姿态解算更为有利。由于采用数字 处理技术，电路的可靠性好，性能高，体现了数字电路的灵活性和体积小的优点。应用于到 捷联惯导系统中，可以克服现有技术存在的以下不足(l)电压模拟量通过弹上电缆网与 其它设备连接，信号易受干扰，信噪比低；(2)输出信号零位及比例系数调试困难，对批量生产极为不利；(3)输出信号不能在捷联惯导内部实施有效补偿，测量精度较低。可很好的 满足捷联惯导系统的要求。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的工作原理流程图。 附图中的标记为l-差分电路，2-差分电路，3-高精度AD转换器，4-高精度AD转 换器，5-串/并移位寄存器，6-FIF0缓存器，7-数字信号处理器，8-锁存器及总线驱动电 路，9-高速A/D转换器，10-FIF0缓存器，11-并/串移位寄存器，12-遥测装置接口 ， 13-弹 载计算机接口， 14-数据上传接口， 15-可编程控制逻辑电路，16-温度采集电路，17-电压参 考电路，IS-总线驱动器。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明的一种基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理
方法及电路作进一步的详细说明，但并不作为对本发明做任何限制的依据。 实施例。本发明的功图测试方法如图1所示。该方法是采集导弹的角运动参数和
线运动参数，将采集的信号通过高精度AD转换器转换为角增量数字信号和速度增量数字
信号，经误差补偿后，用于导弹的姿态解算；将采集的信号通过高速A/D转换器转换为角速
度数字信号和加速度数字信号，经误差补偿后，用于导弹的稳定控制。所述角运动参数包括 X、Y、Z三个坐标上的三个角速率模拟量cox、 coy、 coz ;所述线运动参数包括X、 Y、 Z三个坐 标上的三个加速度模拟量Ax、Ay、Az ;6个模拟量信号分6个信道独立采集。所述三个角速 率模拟量"x、 "y、 "z和三个加速度模拟量Ax、Ay、Az分别通过两个差分电路采集后，送 入两个高精度AD转换器转换为角增量数字信号和速度增量数字信号；依次经串/并移位寄 存器和FIFO缓存器送入数字信号处理器和锁存器及总线驱动电路。所述三个角速率模拟 量"x、 "y、 "z和三个加速度模拟量"x、 "y、 "z经过一个高速A/D转换器转换为角速 度数字信号和加速度数字信号，经数字信号处理器的SSP接口送入数字信号处理器。所述 误差补偿是用标定好的系数依次通过数据上传接口和总线驱动器送入数字信号处理器，数 字信号处理器根据标定好的系数对采集到的数据进行误差补偿运算。 —种基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理电路，包括差分电路1和差分电路2 ; 差分电路1的信号输出端与高精度AD转换器3的信号输入端连接；差分电路3的信号输出 端与高精度AD转换器4的信号输入端连接；高精度AD转换器3和高精度AD转换器4的输 出信号端同时与串/并移位寄存器5的信号输入端连接，串/并移位寄存器5的信号输出 端与FIFO缓存器6的信号输入端连接，FIFO缓存器6的信号输出端分别与数字信号处理 器7和锁存器及总线驱动电路8的信号输入端连接；该电路还包括高速A/D转换器9 ;高速 A/D转换器9的信号输出端与数字信号处理器7的信号输入端连接；数字信号处理器7的 输出信号端经FIFO缓存器10与并/串移位寄存器11的信号输入端连接；并/串移位寄存 器11与遥测装置接口 12之间有双向信号连接；锁存器及总线驱动电路8的一组输出信号 端与弹载计算机接口 13连接；数字信号处理器7经总线驱动器与数据上传接口 14有双向 信号连接；数字信号处理器7的输出信号端与可编程控制逻辑电路15的输入信号端连接；在差分电路1和差分电路2之前有温度采集电路16。该电路还设有电压参考电路17，为整个电路提供基准电压。所述差分电路1的输入端与三个角速率模拟量"x、 "y、 "z连接；所述差分电路2的输入端与三个加速度模拟量Ax、 Ay、 Az连接；所述高速A/D转换器9的输入端与三个角速率模拟量"x、 "y、 "z和三个加速度模拟量Ax、Ay、Az连接；所述可编程控制逻辑电路15输出一组控制信号。所述差分电路1和差分电路2的型号为0PA4227 ;所述高精度AD转换器3和高精度AD转换器4为22位E -A型AD转换器，型号为AD7716 ;所述高速A/D转换器9为8路14位AD转换器，型号为TLC3578 ;所述串/并移位寄存器5型号为HCT164 ;所述并/串移位寄存器11型号为HCT166 ;所述FIFO缓存器6和FIFO缓存器10型号为IDT7201 ;所述数字信号处理器7的型号为TMS320F206 ;所述锁存器及总线驱动器8其中锁存器的型号为HCT573，总线驱动器的型号为HCT244 ;所述可编程控制逻辑电路15的型号为GAL20V8 ;所述总线驱动器18型号为HCT244 ;电压参考电路型号为SG431，前端温度采集电路为带温敏电阻的桥式电路。
本发明电路工作过程及原理为 数字信号处理器7是数据采集系统的计算指挥控制中心，可高速实时完成运算和系统赋予的各种补偿任务。图2所示是本发明电路的工作原理流程图。系统上电之后，数字信号处理器7开始初始化外围电路和系统初始状态，如果需要更新误差系数，则利用数据上传接口 14完成误差系数的上传。否则，就设置高精度AD转换器3和高精度AD转换器4的寄存器，开始高精度数据采集， 一个采集周期完成后，就向数字信号处理器7发送中断信号，同时把数据通过串/并移位寄存器5存入到FIFO缓存器6中，数字信号处理器7收到中断请求后，从FIFO缓存器6中取出高精度AD转换器3和/或高精度AD转换器4的转换结果，每次取8位一个字节，然后重新组成22位的转换结果。数字信号处理器7开始进行相关补偿和运算，得到6通道增量数据。 收到中断请求1. 7ms后，启动高速A/D转换器9完成高速数据采集，采集过程采用长采样、帧同步触发的工作方式，每个通道重复采用5次，然后切换到另一个通道继续采样。数字信号处理器7从高速A/D转换器的输出信号中依次移入转换结果，每次移16位，前14位有效，后二位忽略。然后重新组成正确的转换结果。随后得到6信道全量数据并按弹载计算机格式组帧。 全部数模转换结果处理完毕后，按遥测接口格式组帧，并按系统要求通过总线驱动器18向弹载计算机接口 13发送一帧完整的并行数据，通过FIFO缓存器10以及并/串移位寄存器ll向遥测装置接口 12发送一帧完整的串行数据。收到高精度AD转换器3和/或高精度AD转换器4的中断请求2. 5ms后，向弹载计算机接口 13发送中断请求信号。
本电路中的数字信号处理器7是一个定点DSP处理器，系统中所有运算过程都是以整数形式进行处理的，对需要进行浮点运算的地方，将浮点数变定点小数处理，最终输出结果按弹载计算机接口 13输出TI单精度浮点数格式，遥测装置接口 12输出IEEE单精度浮点数格式。数字信号处理器7设置的采样和对外输出周期T = 4ms，每个定时周期到，则数字信号处理器7采样ADC数字量输入，并进行相关补偿运算，然后按规定格式对外输出。
权利要求
一种基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理方法，其特征在于该方法是采集导弹的角运动参数和线运动参数，将采集的信号通过高精度AD转换器转换为角增量数字信号和速度增量数字信号，经误差补偿后，用于导弹的姿态解算；将采集的信号通过高速A/D转换器转换为角速度数字信号和加速度数字信号，经误差补偿后，用于导弹的稳定控制。
2. 根据权利要求1所述的基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理方法，其特征在于 所述角运动参数包括X、Y、Z三个坐标上的三个角速率模拟量"x、 "y、 "z ;所述线运动参 数包括X、Y、Z三个坐标上的三个加速度模拟量Ax、Ay、Az ;6个模拟量信号分6个信道独立 采集。
3. 根据权利要求2所述的基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理方法，其特征在于 所述三个角速率模拟量"x、 "y、 "z和三个加速度模拟量Ax、Ay、Az分别通过两个差分电 路采集后，送入两个高精度AD转换器转换为角增量数字信号和速度增量数字信号；依次经 串/并移位寄存器和FIFO缓存器送入数字信号处理器。
4. 根据权利要求3所述的基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理方法，其特征在于 所述三个角速率模拟量"x、 " y、 " z和三个加速度模拟量"x、 " y、 " z经过一个高速A/D 转换器转换为角速度数字信号和加速度数字信号，经数字信号处理器的SSP接口送入数字 信号处理器。
5. 根据权利要求1所述的基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理方法，其特征在于 所述误差补偿是用标定好的系数依次通过数据上传接口和总线驱动器送入数字信号处理 器，数字信号处理器根据标定好的系数对采集到的数据进行误差补偿运算。
6. 按照权利要求1 5所述的基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理方法所构建的 一种基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理电路，其特征在于包括差分电路(1)和差分 电路(2);差分电路(1)的信号输出端与高精度AD转换器(3)的信号输入端连接；差分电 路(3)的信号输出端与高精度AD转换器(4)的信号输入端连接；高精度AD转换器(3)和 高精度AD转换器(4)的输出信号端同时与串/并移位寄存器(5)的信号输入端连接，串/ 并移位寄存器(5)的信号输出端与FIFO缓存器(6)的信号输入端连接，FIFO缓存器(6)的 信号输出端分别与数字信号处理器(7)和锁存器及总线驱动电路(8)的信号输入端连接； 该电路还包括高速A/D转换器(9);高速A/D转换器(9)的信号输出端与数字信号处理器 (7)的信号输入端连接；数字信号处理器(7)的输出信号端经FIFO缓存器(10)与并/串移 位寄存器(11)的信号输入端连接；并/串移位寄存器(11)与遥测装置接口 (12)之间有双 向信号连接；锁存器及总线驱动电路(8)的一组输出信号端与弹载计算机接口 (13)连接； 数字信号处理器(7)经总线驱动器(18)与数据上传接口 (14)有双向信号连接；数字信号 处理器(7)的输出信号端与可编程控制逻辑电路(15)的输入信号端连接；在差分电路(1) 和差分电路(2)之前有温度采集电路(16)。
7. 根据权利要求6所述的基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理电路，其特征在于 该电路还设有电压参考电路(17)，为整个电路提供基准电压。
8. 根据权利要求7所述的基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理电路，其特征在于 所述差分电路(1)的输入端与三个角速率模拟量"x、 "y、 "z连接；所述差分电路(2)的 输入端与三个加速度模拟量Ax、 Ay、 Az连接；所述高速A/D转换器(9)的输入端与三个角 速率模拟量"x、 "y、 "z和三个加速度模拟量Ax、Ay、Az连接；所述可编程控制逻辑电路(15)输出一组控制信号。
9.根据权利要求8所述的基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理电路，其特征在于所述差分电路(1)和差分电路(2)的型号为0PA4227 ;所述高精度AD转换器(3)和高精度AD转换器(4)为22位E-A型AD转换器，型号为AD7716 ;所述高速A/D转换器(9)为8路14位AD转换器，型号为TLC3578 ;所述串/并移位寄存器(5)型号为CD54HCT164 ;所述并/串移位寄存器(11)型号为CD54HCT166 ;所述FIFO缓存器(6)和FIFO缓存器(10)型号为IDT7201 ;所述数字信号处理器(7)的型号为TMS320F206 ;所述锁存器及线驱动器(8)其中锁存器的型号为HCT573，总线驱动器的型号为HCT244 ;所述可编程控制逻辑电路(15)的型号为GAL20V8 ;所述总线驱动器(18)型号为HCT244 ;电压参考电路(17)型号为SG431，前端温度采集电路(16)为带温敏电阻的桥式电路。
全文摘要
本发明公开了一种基于捷联惯导系统的双AD信号采集处理方法及电路。该方法是采集导弹的角运动参数和线运动参数，将采集的信号通过高精度AD转换器转换为角增量数字信号和速度增量数字信号，经误差补偿后，用于导弹的姿态解算；将采集的信号通过高速A/D转换器转换为角速度数字信号和加速度数字信号，经误差补偿后，用于导弹的稳定控制。本发明既可以满足导弹运动姿态解算或导航对信号的高精度要求，又能够满足导弹姿态稳定和控制的快速性要求，信号信噪比高，不易受干扰；输出信号零位及比例系数调试容易，有利于批量生产；输出信号可以在捷联惯导内部实施有效补偿，可提高系统的测量精度。
文档编号G01C21/10GK101750063SQ20081030587
公开日2010年6月23日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年11月28日
发明者茹毅, 谢雪峰, 郭俊超 申请人:国营三四○五厂