一种捷联惯导系统中加速度计信号转换装置，加速度计输出的模拟电流信号转换成模拟电压信号后首先经过V/F转换模块进行积分，积分后的模拟电压一路输出至前置放大电路，另一路被转换成脉冲信号输出至FPGA处理模块；前置放大电路将输入的模拟电压的范围与A/D转换模块的输入电压范围相匹配；A/D转换模块将模拟电压转换成数字量信号输出至FPGA处理模块；FPGA处理模块采集单位时间内V/F转换模块输出的脉冲数，作为计算脉冲数的整数部分，将采集的脉冲数及A/D转换模块输入的数字量信号进行定时存储，计算数字量信号对应的一个采集周期内脉冲数的小数值；根据脉冲数的整数部分及小数值确定加速度计输出的模拟电流信号对应的数字量，完成加速度计信号的转换。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及ー种适用于捷联惯导系统中加速度计的信号采集、測量与处理技木。
技术介绍
捷联惯导系统是ー种依靠固联在载体上的惯性器件(加速度计、陀螺仪)来获得绝对加速度，然后通过两次积分得到载体在一个相对坐标系中的位置，从而达到导航目的的ー种“自主式导航系統”。在捷联惯导系统中，加速度计用于测量载体沿某一方向的线加速度，经过必要的积分运算和坐标变换，确定载体相对于基准坐标系的瞬时速度和位置。当载体的加速度參数发生变化吋，加速度计就会检测到这种变化量，并进行相应的转换。加速度计作为捷联惯导系统的核心器件，其精度高低和性能优劣直接决定了捷联惯导系统的性能。加速度计的精度，不仅包括加速度计器件本身的精度，还包括其信号转换装置的精度。近年来，国产加速度计仪表的精度和性能不断提高，测量范围能达到士20g以上， 阈值可以达到10_5 10_6g，然而国内加速度计信号转换装置的精度却远远低于加速度计器件本身的精度。为了能实时的获得高分辨率的加速度信号，对加速度计信号转换装置的精度、測量范围和实时性都提出了很高的要求。高精度石英挠性加速度计的输出多为模拟电流信号，加速度计信号转换装置的功能就是将模拟电流信号转换为可供DSP使用的数字信号。通常，采用高精度的电阻将加速度计输出的电流信号变成电压信号，再用加速度计信号转换装置进行模数转换。其转换有两种方法再经过压频(V/F)转换器将电压信号转换成脉冲信号，通过计数器记录单位时间内的脉冲个数从而得到相应的数字量；或者通过模数 (A/D)转换器直接将输出的电压信号转换成DSP可处理的数字信号。采用V/F转换技术的优点是，它采用积分型电荷平衡式变换原理，可对输入信号进行连续测量，不存在丢失信息的问题；另外，其变换过程就是对电压的不断积分，可对噪声或变化很快的输入信号进行平滑，具有良好的抗干扰性能，且不占用计算机资源。但是， 采用V/F转换器，随着时钟频率的増加线性误差也相应的增加；而减小时钟频率后，如果输入的电压值过小，电荷需要累积很长时间才会产生ー个计数脉冲，这段时间是采样盲区，将没有任何信号输出。因此，单纯采用V/F转换，转换速度慢，信号分辨率低，在采样点精度不高。对于A/D转换器，其标度系数的稳定性取决于所用的參考电压的稳定性，其零点漂移取决于A/D转换芯片本身的漂移稳定性，通常受A/D转换芯片的工作电压、时钟频率、温度的影响。比起V/F转换，A/D转换的优点在干，具有精度高、转换速度快、多路信号输入时电路结构简单、不需要稳定时间等优点。但A/D采样的缺点在干，采样信号没有积分特性，所以抑制噪声能力较弱，动态范围有时不能满足系统要求。另外捷联惯性导航系统作为实时动态导航系统，其对角速度信号和线速度信号的采集和系统信息处理都有很强的实时性，对系统的信息处理速度有很高的要求。DSP除了采集加速度计信号外还需采集其他信号来进行导航解算，因此，在采集加速度计信号吋，应尽量采用外围逻辑电路来完成，让DSP有更多的时间用于控制各种量的收发和系统的解算。国内关于加速度计信号转换技术的研究情况如下V/F转换大多采用VFC芯片完成，常用的有AD公司的AD650、AD652和AD7742 ；美国国家半导体公司的LMx31系列；TI公司的VFC62、VFCllO等。A/D转换的发展是以A- Σ 型高精度ADC的研制成功为基础的。将Σ型A/D应用于加速度计输出信号測量，可以通过新型数模转换器和数字信号处理理论解決“小体积，大动态”的问题。过去使用的A/D 变换器主要有积分型、逐次比较型和并联型三种。积分型主要用于数字多用表，精度高但速度低，这不是ー种能够满足将来技术发展要求的方法。对于并联型，设分辨率为η bit，要使用2η个比较器，这样可以快速的将输入电压变换成相应的数字码。虽然这种方法速度极快，但是分辨率在IObit以上时实现比较困难，硬件规模太大，成本难以下降。逐次比较型内部有ー个D/A变换器，通过二分探索法求一数字码，使其对应的电压最接近于输入电压， 这种方法用MOS集成电路吋，D/A变换是用大量的电容构成的，制造エ艺难以实现。1998年航空エ业总公司孟俊芳提出的V/F转换电路；之后各个研究单位选用各种国外进ロ高性能A/D芯片实现V/F转换，全依赖于国外芯片的发展状況。1999年电子エ业部第二十四研究所万天才使用AD公司当时的高精度V/F转换器AD650，满度刻度达1MHz，非线性度小于0. 07%；2003年贾苹等人提出I/F与A/D相结合的思想；2005年牛海燕等人提出采用V/F转换器AD652，以TMS320C67IlDSP器件为核心，用计数器芯片8253对AD652输出脉冲串进行计数，AD652最高输出频率达2MHz，非线性误差为0. 01 %，具有高分辨率、高稳定时性和最佳转换时间，主要性能指标均优于其它。随着Σ型高精度转换器的发展， 2006年2月，牛清红等人选用M位Δ - Σ型芯片代替传统的VFC电路，达到了量程士 25g， 測量精度0. 0001，每秒输出40000个数据的目标。2006年10月夏天等人设计了基于AD976 和PC104的采样模块，有效精度可达15位。由上述现状看来，加速度计信号转换所采用的方法由単一的V/F转换到単一的A/ D转换，逐步向高精度、数字化、集成化、小型化方向发展。将加速度计的模拟信号转换成数字信号后采用PFGA替代DSP来完成数据的采集和处理，简化了系统设计难度，使DSP读入数据时间和工作量降低到了最低的限度，为系统信息的快速处理奠定了基础。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种优化的适用于捷联惯导系统的加速度计信号转换装置。本专利技术的技术方案是ー种捷联惯导系统中加速度计信号转换装置，包括V/F转换模块、前置放大电路、A/D转换模块、FPGA处理模块；加速度计输出的模拟电流信号转换成模拟电压信号后首先经过V/F转换模块进行积分，积分后的模拟电压一路输出至前置放大电路，另一路被转换成脉冲信号，该脉冲信号输出至FPGA处理模块；前置放大电路将输入的模拟电压的范围与A/D转换模块的输入电压范围相匹配，并作为A/D转换模块的输入电压；A/D转换模块将输入的模拟电压转换成数字量信号，输出至FPGA处理模块；FPGA处理模块采集単位时间内V/F转换模块输出的脉冲数，作为计算脉冲数的整数部分，将采集的脉冲数及A/D转换模块输入的数字量信号进行定时存储，计算数字量信号对应的一个采集周期内脉冲数的小数值；根据脉冲数的整数部分及小数值确定加速度计输出的模拟电流信号对应的数字量，完成加速度计信号的转换。所述的V/F转换模块包括积分器、比较器、逻辑触发器、逻辑开关、恒流源和单稳电路；积分器W对输入的模拟电压信号进行积分，并将积分后的电压输出给比较器N2，比较器N2将接收的电压值与门限电压进行比较，当接收的电压值低于门限电压吋，比较器N2 输出高电平，否则比较器N2输出低电平，完成模拟电压信号转换成脉冲信号；逻辑触发器根据比较器N2输出电平的高低控制逻辑开关的切換，当输出低电平时，逻辑开关切換控制恒流源使积分器W进入积分周期；当输出高电平时，逻辑开关切換控制恒流源使积分器附进入复位周期；单稳电路控制由逻辑触发器传来的脉冲信号的宽度并本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周璐，齐建宇，刘晴晴，谭新洪，王浩，路静，钟颖，
申请(专利权)人：北京航天自动控制研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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