捷联磁航向信号降噪滤波处理装置制造方法
【专利摘要】一种捷联磁航向信号降噪滤波处理装置，其特征在于：包括多路选择器、四阶滤波器、信号调理电路、A/D转换器、全串行数字滤波器，多路选择器用于对三路地磁信号进行选择，多路选择器连接四阶滤波器，对选择后的信号进行放大及降噪处理，四阶滤波器连接信号调理电路，对地磁信号进行衰减和平移，之后再进行放大及滤波处理，信号调理电路连接A/D转换器，对四阶滤波器的输出信号经过A/D转换器，将降噪的地磁模拟信号转换为数字信号，转换后的数字地磁信号通过与A/D转换器相连的全串行数字滤波器完成信号的数字滤波处理。本实用新型通过设计四阶滤波器对地磁信号进行降噪处理，有效的降低了干扰噪声对地磁信号测量精度的影响；通过全串行数字滤波器，有效增强了捷联磁传感器的抗电磁干扰能力，提高了航姿系统的信号采集精度。
【专利说明】捷联磁航向信号降噪滤波处理装置
【技术领域】
[0001]本实用新型是针对机载捷联航姿系统提出的一种适应现役飞机平台环境的捷联磁航向信号滤波处理装置，属于导航【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前，现役二代及三代战机普遍采用机电式陀螺仪表和感应式磁航向传感器配合，来测量载机的航向、姿态信息，信号动态误差大、精度差、系统可靠性低。针对现役飞机机电式航向姿态系统存在的一些严重问题，采用捷联航姿系统对其进行改装、升级替换，而捷联航姿系统中的一个重要部件是捷联磁传感器。
[0003]现役飞机电磁环境较为复杂，存在电磁泄漏、电磁干扰等问题，影响了捷联磁传感器感测地磁信号的精确性。为了降低载机环境对捷联磁传感器感测信号的影响，提高捷联磁传感器的抗干扰能力及测量精度，必须对捷联磁传感器测量信息进行降噪滤波处理。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种能够对捷联磁传感器测量的磁航向信息进行自动降噪滤波处理装置，以增强捷联磁传感器的抗电磁干扰能力，提高磁航向信息的测量精度，进而满足机载捷联航姿系统对可靠性及测量精度的需求。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供一种捷联磁航向信号降噪滤波处理装置，其特征在于:包括多路选择器、四阶滤波器、信号调理电路、A/D转换器、全串行数字滤波器，多路选择器用于对三路地磁信号进行选择，多路选择器连接四阶滤波器，对选择后的信号进行放大及降噪处理，四阶滤波器连接信号调理电路，对地磁信号进行衰减和平移，之后再进行放大及滤波处理，信号调理电路连接A/D转换器，对四阶滤波器的输出信号经过A/D转换器，将降噪的地磁模拟信号转换为数字信号，转换后的数字地磁信号通过与A/D转换器相连的全串行数字滤波器完成信号的数字滤波处理。
[0006]四阶滤波器，四阶滤波器基于MAX275AEPP模拟滤波芯片设计，通过将A、B两个二阶滤波电路级联而成，MAX275AEPP内部包含两路独立二阶滤波电路，每路二阶滤波电路连接采用反馈方式连接，以带通方式输出，二阶滤波电路间通过串接级联电阻实现级联，B路的带通输出作为输出信号送入信号调理电路。
[0007]信号调理电路，基于放大器0P4177、AD8221、AD8512设计，通过0P4177将+5V电源信号进行衰减后送入AD8512反相端，同时通过AD8221将四阶滤波后的地磁信号放大后送入AD8512同相端，通过AD8512进行差分运算，实现信号对电源的共模干扰抑制，输出信号送入A/D采集端。
[0008]全串行数字滤波器由查找表、可控的并行运算加减法器和寄存器组成，经AD采集的三轴地磁信号分别存入寄存器X、Y和Z串行缓冲寄存器中，间隔Ims通过并行运算加减法器对缓冲寄存器的数据进行加、减运算，并通过可控的寄存器输出。
[0009]本实用新型的积极效果如下:
[0010]本实用新型通过设计四阶滤波器对地磁信号进行降噪处理，有效的降低了干扰噪声对地磁信号测量精度的影响；通过全串行数字滤波器，有效增强了捷联磁传感器的抗电磁干扰能力，提高了航姿系统的信号采集精度。
[0011]
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型的结构框图；
[0013]图2是本实用新型四阶滤波器电路图；
[0014]图3是本实用新型信号调理电路；
[0015]图4是本实用新型全串行数字滤波器结构图。
【具体实施方式】
[0016]如图1所示，本实用新型包括多路选择器、四阶滤波器、信号调理电路、A/D转换器、全串行数字滤波器，多路选择器用于对三路地磁信号进行选择，多路选择器连接四阶滤波器，对选择后的信号进行放大及降噪处理，四阶滤波器连接信号调理电路，对地磁信号进行衰减和平移，之后再进行放大及滤波处理，信号调理电路连接A/D转换器，对四阶滤波器的输出信号(此处表述不对)经过A/D转换器，将降噪的地磁模拟信号转换为数字信号，转换后的数字地磁信号通过与A/D转换器相连的全串行数字滤波器完成信号的数字滤波处理，全串行数字滤波器集成在现场可编程门阵列FPGA内。
[0017]如图2所示，四阶滤波器电路组成及连接关系:电路基于MAX275AEPP模拟滤波芯片设计，通过将片内两个独立二阶滤波电路级联形成四阶滤波电路，外围电路包括输入电阻 RlA (65ΚΩ )，级联电阻 RlB (65KΩ )，反馈电阻 R2A (105ΚΩ ), R2B (105ΚΩ ), R3A(34ΚΩ ),R3B (34ΚΩ ),R4A (90ΚΩ ),R4B (90KΩ )，分压电阻 RXl (80ΚΩ ),RX2 (80ΚΩ ),滤波电容 Cl (0.1 μ F),CM1 (0.1 μ F),CM2 (22 μ F)。ΜΑΧ275ΑΕΡΡ 芯片包含 A、B 两路独立二阶滤波电路，其中IN脚为二阶滤波信号输入端，BOP脚为带通输出端，LPI脚为低通输入端，BPI脚为带通输出端，LPO脚为低通输入端，FC脚为频率控制端，V+、V-为电源端。经多路选择后的某路地磁信号经过电容Cl滤除直流分量后经过电阻RlA与INA脚相连，带通输出BPOA通过电阻RlB与INB脚相连实现级联，同时BPOA通过电阻R3A与INA脚相连，通过电阻R4A与LPIA脚相连，LPOA脚通过电阻R2A与BPIA脚相连，BPOB脚通过电阻R3B与INB脚相连，通过电阻R4B与LPIB脚相连，LPOB脚通过电阻R2B与BPIB脚相连，FCA脚与FCB脚、3、5、10、17脚直接相连，同时通过电阻RXl与直流5V电源相连，通过电阻RX2与电源地相连，V+脚接直流5V电源，V-脚接5V电源地，直流5V电源与电源地间并联电容CMl、CM2滤波。
[0018]如图3所示，信号调理电路基于放大器0P4177、AD8221、AD8512设计，通过0P4177将+5V电源信号进行衰减后送入AD8512反相端，同时通过AD8221将四阶滤波后的地磁信号放大倍后送入AD8512同相端，通过AD8512进行差分运算，实现信号对电源的共模干扰抑制，输出信号送入A/D采集端。
[0019]信号调理电路利用基于放大器0P4177、AD8221、AD8521设计，电路组成及连接关系:电路组成除三个放大器外还包括电阻R65( 1K1%)、电阻R66( 10K1%)、电阻R232(47.5K)、电阻R69 (1Κ1%)、电阻R71 (5.6Κ1%)、电阻R68 (1Κ1%)。0Ρ4177为精密、低噪声、低输入偏置电流运算放大器，其I脚为输出端，2脚为反相端、3脚为同相端，+5V电源通过电阻R66与2脚相连，I脚输出通过电阻R65与2脚相连形成负反馈，3脚接信号地。AD8221为增益可编程、高性能仪表放大器，其I脚为反相端、4脚为同相端、6脚为参考端、7脚为输出端，2、3脚为增益调节电阻输入端，I脚接信号地，4脚接输入信号，2、3脚跨接增益调节电阻R232，6脚接+5V直流电源。AD8521为低噪声、低输入偏置电流、宽带宽、精密JFET双通道运算放大器，其I脚为输出端，2脚为反相端、3脚为同相端，AD8521的2脚通过电阻与0P4177的I脚R69相连，AD8521的3脚通过电阻R71与AD8221的7脚相连，同时通过电阻R72接信号地，AD8521的I脚通过电阻R68与2脚相连构成反馈。
[0020]如图4所示，全串行数字滤波器由查找表、可控的并行运算加减法器和少量寄存器组成。经AD采集的三轴地磁信号分别存入寄存器X、Y和Z串行缓冲寄存器中，间隔Ims通过并行运算加减法器对缓冲寄存器的数据进行加、减运算，并通过可控的寄存器输出。
【权利要求】
1.一种捷联磁航向信号降噪滤波处理装置，其特征在于:包括多路选择器、四阶滤波器、信号调理电路、A/D转换器、全串行数字滤波器，多路选择器用于对三路地磁信号进行选择，多路选择器连接四阶滤波器，对选择后的信号进行放大及降噪处理，四阶滤波器连接信号调理电路，对地磁信号进行衰减和平移，之后再进行放大及滤波处理，信号调理电路连接A/D转换器，对四阶滤波器的输出信号经过A/D转换器，将降噪的地磁模拟信号转换为数字信号，转换后的数字地磁信号通过与A/D转换器相连的全串行数字滤波器完成信号的数字滤波处理。
2.根据权利要求1所述的捷联磁航向信号降噪滤波处理装置，其特征在于:所述的四阶滤波器基于MAX275AEPP模拟滤波芯片设计，通过将A、B两个二阶滤波电路级联而成，MAX275AEPP内部包含两路独立二阶滤波电路，每路二阶滤波电路连接采用反馈方式连接，以带通方式输出，二阶滤波电路间通过串接级联电阻实现级联，B路的带通输出作为输出信号送入信号调理电路。
3.根据权利要求1所述的捷联磁航向信号降噪滤波处理装置，其特征在于:所述的信号调理电路基于放大器0P4177、AD8221、AD8512设计，通过0P4177将+5V电源信号进行衰减后送入AD8512反相端，同时通过AD8221将四阶滤波后的地磁信号放大后送入AD8512同相端，通过AD8512进行差分运算，实现信号对电源的共模干扰抑制，输出信号送入A/D采集端。
4.根据权利要求1所述的捷联磁航向信号降噪滤波处理装置，其特征在于:所述的全串行数字滤波器由查找表、可控的并行运算加减法器和寄存器组成，经AD采集的三轴地磁信号分别存入寄存器X、Y和Z串行缓冲寄存器中，间隔Ims通过并行运算加减法器对缓冲寄存器的数据进行加、减运算，并通过可控的寄存器输出。
【文档编号】G01C21/18GK203964925SQ201420381253
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2014年7月11日
【发明者】段凤阳, 葛莉, 王朋, 常丽敏, 杨茂盛, 臧岩, 李旭, 范孝荣, 李赞平 申请人:中国人民解放军空军航空大学