捷聯(lián)系統(tǒng)imu信號(hào)采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種信號(hào)采集系統(tǒng)，特別涉及一種應(yīng)用在捷聯(lián)導(dǎo)航系統(tǒng)IMU的信號(hào)采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是把慣性敏感器(陀螺儀和加速度計(jì))直接安裝在運(yùn)載體上(不再需要帶有長(zhǎng)平架的穩(wěn)定平臺(tái))，利用慣性敏感器、基準(zhǔn)方向及最初的位置信息來(lái)確定運(yùn)載體的方向、位置和速度的自主式船位推算導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0003]我國(guó)已開始把計(jì)算機(jī)技術(shù)用于先進(jìn)的導(dǎo)航設(shè)備。數(shù)字式的導(dǎo)航信息在提高導(dǎo)航性能，實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)和現(xiàn)代控制等方面發(fā)揮了巨大作用。隨著微型機(jī)算計(jì)技術(shù)飛速發(fā)展，它們成本低、功耗小、功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、應(yīng)用方便。這些特點(diǎn)使它們?cè)趯?dǎo)航設(shè)備中的應(yīng)用中越來(lái)越廣泛，導(dǎo)航信息以數(shù)字形式傳輸和交換也會(huì)越來(lái)越多。不但在一些大型、精密的導(dǎo)航設(shè)備，如慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，平臺(tái)羅經(jīng)上無(wú)例外的采用微型機(jī)算計(jì)控制，就是在一些普航設(shè)備的更新?lián)Q代中也在逐步采用微型機(jī)算計(jì)以實(shí)現(xiàn)智能化。此外，在雷達(dá)、衛(wèi)星導(dǎo)航、天文導(dǎo)航等設(shè)備上對(duì)航向、航速和縱橫搖角等導(dǎo)航信息也提出了數(shù)字化要求。由于微型機(jī)算計(jì)在導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛，導(dǎo)航信息以數(shù)字形式的傳輸和交換也會(huì)越來(lái)越多。
[0004]但是，模擬式的導(dǎo)航信息在當(dāng)前艦船的導(dǎo)航設(shè)備中又是必不可少的。即使是應(yīng)用數(shù)字計(jì)算機(jī)的設(shè)備，仍需模擬信息的控制。如在捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，陀螺儀是一個(gè)輸入和輸出都是模擬信息的慣性器件，它的再平衡回路卻是一個(gè)數(shù)字脈沖電路。由于艦船的搖擺，慣性轉(zhuǎn)速用于陀螺主軸上，使其進(jìn)動(dòng)。角速度傳感器輸出偏差信號(hào)，經(jīng)放大補(bǔ)償和模數(shù)轉(zhuǎn)換把一定數(shù)量和的正負(fù)的恒流脈沖送入力矩器，力矩器產(chǎn)生力矩使陀螺反方向進(jìn)動(dòng)減少偏差角。轉(zhuǎn)速的大小和方向不同，送入力矩器的脈沖多少機(jī)器正負(fù)也不同。同時(shí)，脈沖個(gè)數(shù)的多少及其正負(fù)送入計(jì)算機(jī)，經(jīng)處理可以得到數(shù)字輸出的艦船姿態(tài)角。
[0005]綜上所述，在一個(gè)現(xiàn)代化的艦船上，導(dǎo)航系統(tǒng)已不僅僅是提供航向、航速指示信息的簡(jiǎn)單設(shè)備，而是由多種導(dǎo)航設(shè)備組成的一個(gè)大型而復(fù)雜的系統(tǒng)。不但在系統(tǒng)內(nèi)部各導(dǎo)航設(shè)備間有大量信息交換，而且在導(dǎo)航系統(tǒng)為全船其它系統(tǒng)提供導(dǎo)航信息時(shí)，信息的交換量更大。在這些大量的信息交換中，各設(shè)備對(duì)輸入信息的性質(zhì)、形式要求不一，因此各種各樣的模數(shù)交換器和數(shù)模交換器得到了廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種捷聯(lián)系統(tǒng)IMU信號(hào)采集系統(tǒng)，采用了自動(dòng)程控分檔的方法來(lái)擴(kuò)展測(cè)量信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，以滿足捷聯(lián)導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)于測(cè)量范圍的要求的捷聯(lián)系統(tǒng)中慣性測(cè)量器件(MU)的信號(hào)采集A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明由精密采樣電阻、跟隨器、低通濾波器、六路采樣保持電路、多路模擬開關(guān)、PC104導(dǎo)航計(jì)算機(jī)、16位單片機(jī)87C196、EPM7128SLC84、模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD976組成。分為前級(jí)處理、動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展、高速采樣電路幾部分組成。
[0008]前級(jí)處理電路:該部分電路對(duì)輸入的陀螺與加速度信號(hào)進(jìn)行變換、隔離、放大與濾波處理，使輸入信號(hào)符合A/D轉(zhuǎn)換的要求。濾波器的作用就是選出有頻率的信號(hào)，抑制無(wú)用頻率的信號(hào)，使一定范圍內(nèi)的信號(hào)能順利通過(guò)，衰減很小(使用有源濾波器還可以使信號(hào)放大)，而在此頻率范圍外的信號(hào)衰減很大(理想情況下是使其完全衰減掉)，從而提高系統(tǒng)的信噪比。系統(tǒng)中三路加速度計(jì)信號(hào)的采樣保持器共用一個(gè)采用保持控制信號(hào)PC6，三路陀螺信號(hào)的采樣保持器共用一個(gè)采用保持控制信號(hào)PC7。
[0009]本發(fā)明中選用16位A/D。在A/D轉(zhuǎn)換中，陀螺和加速度六路信號(hào)需被輪流切換送入A/D轉(zhuǎn)換器AD976中，逐個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。所以在信號(hào)需經(jīng)一個(gè)多路模擬開關(guān)進(jìn)行選擇和切換。本電路中選用的是AD750UAD7501是一個(gè)八選一模擬開關(guān)，每次只選中八各輸入端中一路與公共端接通，需選通的通道是跟據(jù)輸入地址編碼而得。所有數(shù)字輸入均可用TTL/DTL或CMOS電平。
[0010]本發(fā)明的系統(tǒng)需要采樣六路信號(hào)，每路需要轉(zhuǎn)換一次接地，為判斷放大倍數(shù)，每路信號(hào)還需要加一次預(yù)采樣，如果捷聯(lián)解算周期為1ms，則A/D芯片采樣頻率為1800HZ，如果每采樣10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行一次濾波，則A/D芯片采樣頻率為18KHZ，因此采用高速的A/D轉(zhuǎn)換芯片，本系統(tǒng)選用AD976;由于采樣的同時(shí)需要控制采樣保持器與多路模擬開關(guān)。
[0011]本發(fā)明的軟件流程為開始之后對(duì)8通道循環(huán)采樣準(zhǔn)備，選擇一個(gè)通道啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，讀取A/D轉(zhuǎn)換位，選擇繼續(xù)或者等待分別讀取低8位數(shù)據(jù)，讀高8位數(shù)據(jù);將十六位數(shù)據(jù)組合并保存于result[8];結(jié)束程序循環(huán)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明的硬件原理圖；
圖2為本發(fā)明的軟件流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
結(jié)合圖1，圖1為本發(fā)明的硬件原理圖。本發(fā)明由精密采樣電阻、跟隨器、低通濾波器、六路采樣保持電路、多路模擬開關(guān)、PC104導(dǎo)航計(jì)算機(jī)、16位單片機(jī)87C196、EPM7128SLC84、模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD976組成。分為前級(jí)處理、動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展、高速采樣電路幾部分組成。
[0014]前級(jí)處理電路:該部分電路對(duì)輸入的陀螺與加速度信號(hào)進(jìn)行變換、隔離、放大與濾波處理，使輸入信號(hào)符合A/D轉(zhuǎn)換的要求。濾波器的作用就是選出有頻率的信號(hào)，抑制無(wú)用頻率的信號(hào)，使一定范圍內(nèi)的信號(hào)能順利通過(guò)，衰減很小(使用有源濾波器還可以使信號(hào)放大)，而在此頻率范圍外的信號(hào)衰減很大(理想情況下是使其完全衰減掉)，從而提高系統(tǒng)的信噪比。系統(tǒng)中三路加速度計(jì)信號(hào)的采樣保持器共用一個(gè)采用保持控制信號(hào)PC6，三路陀螺信號(hào)的采樣保持器共用一個(gè)采用保持控制信號(hào)PC7。
[0015]本發(fā)明中選用16位A/D。在A/D轉(zhuǎn)換中，陀螺和加速度六路信號(hào)需被輪流切換送入A/D轉(zhuǎn)換器AD976中，逐個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。所以在信號(hào)需經(jīng)一個(gè)多路模擬開關(guān)進(jìn)行選擇和切換。本電路中選用的是AD750UAD7501是一個(gè)八選一模擬開關(guān)，每次只選中八各輸入端中一路與公共端接通，需選通的通道是跟據(jù)輸入地址編碼而得。所有數(shù)字輸入均可用TTL/DTL或CMOS電平。
[0016]本發(fā)明的系統(tǒng)需要采樣六路信號(hào)，每路需要轉(zhuǎn)換一次接地，為判斷放大倍數(shù)，每路信號(hào)還需要加一次預(yù)采樣，如果捷聯(lián)解算周期為1ms，則A/D芯片采樣頻率為1800HZ，如果每采樣10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行一次濾波，則A/D芯片采樣頻率為18KHZ，因此采用高速的A/D轉(zhuǎn)換芯片，本系統(tǒng)選用AD976;由于采樣的同時(shí)需要控制采樣保持器與多路模擬開關(guān)。
[0017]結(jié)合圖2，圖2為本發(fā)明的軟件流程圖。本發(fā)明的軟件流程為開始之后對(duì)8通道循環(huán)采樣準(zhǔn)備，選擇一個(gè)通道啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，讀取A/D轉(zhuǎn)換位，選擇繼續(xù)或者等待分別讀取低8位數(shù)據(jù)，讀高8位數(shù)據(jù);將十六位數(shù)據(jù)組合并保存于result[8];結(jié)束程序循環(huán)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.捷聯(lián)系統(tǒng)IMU信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于:由精密采樣電阻、跟隨器、低通濾波器、六路采樣保持電路、多路模擬開關(guān)、PC104導(dǎo)航計(jì)算機(jī)、16位單片機(jī)87C196、EPM7128SLC84、模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD976組成;分為前級(jí)處理、動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展、高速采樣電路幾部分組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的捷聯(lián)系統(tǒng)IMU信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述前級(jí)處理電路:該部分電路對(duì)輸入的陀螺與加速度信號(hào)進(jìn)行變換、隔離、放大與濾波處理，使輸入信號(hào)符合A/D轉(zhuǎn)換的要求;所述濾波器的作用就是選出有頻率的信號(hào)，抑制無(wú)用頻率的信號(hào)，使一定范圍內(nèi)的信號(hào)能順利通過(guò)，衰減很小使用有源濾波器還可以使信號(hào)放大，而在此頻率范圍外的信號(hào)衰減很大，理想情況下是使其完全衰減掉，從而提高系統(tǒng)的信噪比；系統(tǒng)中三路加速度計(jì)信號(hào)的采樣保持器共用一個(gè)采用保持控制信號(hào)PC6，三路陀螺信號(hào)的采樣保持器共用一個(gè)采用保持控制信號(hào)PC7。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的捷聯(lián)系統(tǒng)IMU信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于:本系統(tǒng)中選用16位A/D;在A/D轉(zhuǎn)換中，陀螺和加速度六路信號(hào)需被輪流切換送入A/D轉(zhuǎn)換器AD976中，逐個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換;所以在信號(hào)需經(jīng)一個(gè)多路模擬開關(guān)進(jìn)行選擇和切換。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的捷聯(lián)系統(tǒng)IMU信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于:本系統(tǒng)需要采樣六路信號(hào)，每路需要轉(zhuǎn)換一次接地，為判斷放大倍數(shù)，每路信號(hào)還需要加一次預(yù)采樣，如果捷聯(lián)解算周期為1ms，則A/D芯片采樣頻率為1800HZ，如果每采樣10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行一次濾波，則A/D芯片采樣頻率為18KHZ，采用高速的A/D轉(zhuǎn)換芯片，選用AD976;由于采樣的同時(shí)需要控制采樣保持器與多路模擬開關(guān)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的捷聯(lián)系統(tǒng)IMU信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于:本系統(tǒng)的軟件流程為開始之后對(duì)8通道循環(huán)采樣準(zhǔn)備，選擇一個(gè)通道啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，讀取A/D轉(zhuǎn)換位，選擇繼續(xù)或者等待分別讀取低8位數(shù)據(jù)，讀高8位數(shù)據(jù);將十六位數(shù)據(jù)組合并保存于results;結(jié)束程序循環(huán)。
【專利摘要】<b>本發(fā)明的捷聯(lián)系統(tǒng)IMU信號(hào)采集系統(tǒng)，提供了一種采用了自動(dòng)程控分檔的方法來(lái)擴(kuò)展測(cè)量信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，以滿足捷聯(lián)導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)于測(cè)量范圍的要求的捷聯(lián)系統(tǒng)中慣性測(cè)量器件（IMU）的信號(hào)采集A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。本發(fā)明由精密采樣電阻、跟隨器、低通濾波器、六路采樣保持電路、多路模擬開關(guān)、PC104導(dǎo)航計(jì)算機(jī)、16位單片機(jī)87C196、EPM7128SLC84、模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD976組成。分為前級(jí)處理、動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展、高速采樣電路幾部分組成。</b>
【IPC分類】G01C21/16
【公開號(hào)】CN105628023
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510987335
【發(fā)明人】王樹鑫
【申請(qǐng)人】哈爾濱米米米業(yè)科技有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年12月27日