周期內(nèi)以
負(fù)到正跳變邊沿采用得到的樣本
集為 ，則一個(gè)周期內(nèi)以COS = N1Il正到負(fù)跳變邊沿采用 N 1 得到的樣本集為
^如果采用累加器對每個(gè)周期的樣本集求 和，得到每個(gè)周期一個(gè)樣本點(diǎn)，則可得到相位信息如式（6)所示，
[0047] 幅度信息如式（7)所示：
[0049] 更嚴(yán)格的說，P和A即是數(shù)字信號
為正交 坐標(biāo)系的映射分量，在參考坐標(biāo)系與數(shù)字信號Sd夾角很小時(shí)，可近似認(rèn)為P為相位信息，A 為幅度分量。因?yàn)殒i相環(huán)嚴(yán)格控制陀螺儀驅(qū)動(dòng)信號的相位和驅(qū)動(dòng)模態(tài)振動(dòng)的相位相差90 度，這個(gè)誤差可以消除。
[0050] 對于檢測模態(tài)正交誤差信息和角速度信息的提取，和驅(qū)動(dòng)模態(tài)的相位信息和幅度 信息的提取非常類似。
[0051] 由于相關(guān)欠采樣只需要對一個(gè)周期內(nèi)的樣本進(jìn)行不斷的進(jìn)行累加，即CIC梳狀積 分濾波器，如式（6)和式（7)所示，所占用的硬件資源非常少，非常高效。
[0052] 4.驅(qū)動(dòng)加力和檢測加力
[0053] 驅(qū)動(dòng)加力模塊和檢測加力模塊是指把驅(qū)動(dòng)電壓信號或者檢測加力電壓信號施加 到振動(dòng)式陀螺相應(yīng)的控制電極上的模塊，從而形成與陀螺儀驅(qū)動(dòng)電壓同頻同相的驅(qū)動(dòng)力。 一般加力電壓采用推挽電壓的形式，挽驅(qū)動(dòng)電壓指，兩路電壓具有絕對值相等的直流分量 和絕對值相等的交流分量，這兩路電壓中直流分量的極性或者交流分量的極性相反，兩路 信號在驅(qū)動(dòng)靜電力中起到一拉一推的作用，因此稱為推挽電壓。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種數(shù)字陀螺儀信號控制處理系統(tǒng)，其特征在于：包括驅(qū)動(dòng)模塊控制環(huán)路L1和檢測 模態(tài)控制環(huán)路L2 ; 驅(qū)動(dòng)模塊控制環(huán)路L1 :第一電容電壓轉(zhuǎn)換模塊（1)把振動(dòng)式陀螺儀（22)驅(qū)動(dòng)模態(tài)的 振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過第一抗混疊濾波模塊（2)進(jìn)行抗混疊濾波處理后傳送給第一 AD轉(zhuǎn)換模塊（3);通過第一相關(guān)欠采樣模塊（4)對第一AD轉(zhuǎn)換模塊（3)進(jìn)行相關(guān)欠采樣 處理獲得頻率偏移信息和振動(dòng)幅度信息；頻率跟蹤PI控制器（5)將第一相關(guān)欠采樣模塊 (4)獲得的頻率偏移信息與頻率參考進(jìn)行比較，得到相應(yīng)的誤差信號，根據(jù)誤差信號的大小 輸出相應(yīng)的頻率控制字給信號發(fā)生器模塊(6)，使得信號發(fā)生器模塊（6)生成的陀螺儀驅(qū) 動(dòng)信號sinl跟蹤陀螺儀驅(qū)動(dòng)模態(tài)的諧振頻率；信號發(fā)生器模塊（6)生成陀螺儀驅(qū)動(dòng)信號 sinl、檢測模態(tài)調(diào)制正交基準(zhǔn)信號sin2和cos2 ;穩(wěn)幅PI控制器（7)將第一相關(guān)欠采樣模塊 (4)獲得的幅度信息與幅度參考進(jìn)行比較，得到相應(yīng)的誤差信號，根據(jù)誤差信號的大小生成 相應(yīng)的控制電壓給驅(qū)動(dòng)幅度調(diào)制模塊（8);驅(qū)動(dòng)幅度調(diào)制模塊（8)將調(diào)制后的驅(qū)動(dòng)信號通 過第一DA轉(zhuǎn)換模塊（9)輸出給驅(qū)動(dòng)加力模塊（10);驅(qū)動(dòng)加力模塊（10)把電壓信號施加在 振動(dòng)式陀螺儀（22)的驅(qū)動(dòng)電極上實(shí)現(xiàn)電信號到力信號的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)對振動(dòng)式陀螺儀 (22)的驅(qū)動(dòng)； 檢測模態(tài)控制環(huán)路L2:第二電容電壓轉(zhuǎn)換模塊（11)將振動(dòng)式陀螺儀（22)的檢測模 態(tài)振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過第二抗混疊濾波模塊（12)進(jìn)行抗混疊濾波處理后傳給第 二AD轉(zhuǎn)換模塊（13);第二相關(guān)欠采樣模塊（14)對第二AD轉(zhuǎn)換模塊（13)進(jìn)行相關(guān)欠采樣 處理，獲得振動(dòng)式陀螺儀的正交誤差信息和角速度信息；第一環(huán)路補(bǔ)償模塊（15)對角速度 力平衡環(huán)路進(jìn)行補(bǔ)償以滿足力平衡閉環(huán)要求，輸出相關(guān)的控制信號到角速度加力調(diào)制模塊 (16)，所述的角速度力平衡環(huán)路包括：第二電容電壓轉(zhuǎn)換模塊（11)、第二抗混疊濾波模塊 (12)、第二AD轉(zhuǎn)換模塊（13)、第二相關(guān)欠采樣模塊（14)、第一環(huán)路補(bǔ)償模塊（15)、信號發(fā) 生模塊（6)、角速度加力調(diào)制模塊（16)、第二DA轉(zhuǎn)換模塊（20)、檢測加力模塊（21)和振動(dòng) 式陀螺儀（22);信號發(fā)生模塊（6)生成相互正交的角速度力平衡參考信號cos2和正交誤 差力平衡參考信號sin2 ;角速度加力調(diào)制模塊（16)對信號發(fā)生模塊（6)生成的角速度力 平衡參考信號c〇s2利用第一環(huán)路補(bǔ)償模塊（15)輸出的控制信號進(jìn)行調(diào)制，生成角速度力 平衡信號；第二環(huán)路補(bǔ)償模塊（18)對正交誤差力平衡環(huán)路進(jìn)行補(bǔ)償以滿足正交誤差閉環(huán) 要求，輸出相關(guān)的控制信號正交加力調(diào)制模塊（17)，所述的正交誤差力平衡環(huán)路包括：第 二電容電壓轉(zhuǎn)換模塊（11)、第二抗混疊濾波模塊（12)、第二AD轉(zhuǎn)換模塊（13)、第二相關(guān)欠 采樣模塊（14)、第二環(huán)路補(bǔ)償模塊（18)、正交加力調(diào)制模塊（17)、第二DA轉(zhuǎn)換模塊（20)、 檢測加力模塊（21)和振動(dòng)式陀螺儀（22);正交加力調(diào)制模塊（17)對信號發(fā)生模塊（6)生 成的正交誤差力平衡參考信號sin2利用第二環(huán)路補(bǔ)償模塊（18)輸出的控制信號進(jìn)行調(diào) 制，生成正交誤差力平衡信號；合力模塊（19)將正交誤差力平衡信號和角速度力平衡信號 相加，傳給第二DA轉(zhuǎn)換模塊（20);檢測加力模塊（21)把第二DA轉(zhuǎn)換模塊（20)的輸出施 加給振動(dòng)式陀螺儀（22)檢測模態(tài)的相關(guān)加力電極，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)式陀螺儀檢測模態(tài)角速度和 正交誤差的力平衡。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字陀螺儀信號控制處理系統(tǒng)，其特征在于：所述的信 號發(fā)生模塊（6)包括第一相位累加器（23)、第一單位延遲模塊（28)、正交信號發(fā)生模塊 (24)、第一移相模塊（25)、第二移相模塊（26)、分頻器（27)、第二相位累加器（29)、第二單 位延遲模塊（31)、第一時(shí)鐘觸發(fā)模塊（30)、第三相位累加器（32)、第三單位延遲模塊（34)、 第二時(shí)鐘觸發(fā)模塊（33); 第一相位累加器（23)和第一單位延遲模塊（28)組成的積分器對頻率跟蹤PI控制器 (5)的輸出信號進(jìn)行積分，生成相位控制字給正交信號發(fā)生模塊（24)，正交信號發(fā)生模塊 (24)根據(jù)相位控制字生成振動(dòng)式陀螺儀的驅(qū)動(dòng)信號，并通過第一移相模塊（25)和第二移 相模塊（26)生成驅(qū)動(dòng)力參考信號sinl、角速度加力參考信號sin2、正交誤差加力參考信號 cos2 ； 分頻器（27)、第二相位累加器（29)、第二單位延遲模塊（31)和組成了驅(qū)動(dòng)采樣時(shí)鐘 升頻模塊，經(jīng)過第一時(shí)鐘觸發(fā)模塊（30)用來產(chǎn)生第一相關(guān)欠采樣模塊（4)所用的采樣時(shí)鐘 clksl和clkcl;偏置1用來調(diào)整相關(guān)采樣時(shí)鐘clksl和clkcl相對于驅(qū)動(dòng)振動(dòng)信號的相 位，以確保第一相關(guān)欠采樣模塊（4)的輸出精確反映振動(dòng)式陀螺儀的驅(qū)動(dòng)振動(dòng)幅度信息和 頻率偏移信息； 分頻器（27)、第三相位累加器（32)、第三單位延遲模塊（34)和組成了檢測采樣時(shí)鐘升 頻模塊，經(jīng)過第二時(shí)鐘觸發(fā)模塊（33)用來產(chǎn)生第二相關(guān)欠采樣模塊（14)所用的采樣時(shí)鐘 clks2和clkc2 ;偏置2用來調(diào)整相關(guān)采樣時(shí)鐘clks2和clkc2相對于檢測振動(dòng)信號的相位， 以確保第二相關(guān)欠采樣模塊（14)的輸出精確反映振動(dòng)式陀螺儀的角速度信息和正交誤差 信息。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字陀螺儀信號控制處理系統(tǒng)，其特征在于：所述的第 一相關(guān)欠采樣模塊（4)包括第一重抽取模塊（41)、第一CIC模塊（42)、第二重抽取模塊 (44)、第二CIC模塊（45);通過信號發(fā)生模塊（6)中的第一時(shí)鐘觸發(fā)模塊（30)產(chǎn)生的時(shí)鐘 clksl和clkcl，利用第一重抽取模塊（41)和第二重抽取模塊（44)對振動(dòng)式陀螺儀振動(dòng)信 號進(jìn)行重采樣，并通過第一CIC(42)模塊和第二CIC(45)模塊提取振動(dòng)式陀螺儀驅(qū)動(dòng)模態(tài) 的頻率信息和幅度信息。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字陀螺儀信號控制處理系統(tǒng)，其特征在于：所述的第 二相關(guān)欠采樣模塊（14)包括第三重抽取模塊（51)、第三CIC模塊（52)、第四重抽取模塊 (54)、第四CIC模塊（55);通過信號發(fā)生模塊（6)中的第二時(shí)鐘觸發(fā)模塊（33)產(chǎn)生的時(shí)鐘 clks2和clkc2,利用第三重抽取模塊（51)和第四重抽取模塊（54)對振動(dòng)式陀螺儀檢測模 態(tài)振動(dòng)信號進(jìn)行重采樣，并通過第三CIC(52)模塊和第四CIC(55)模塊提取振動(dòng)式陀螺儀 檢測模態(tài)的角速度信息和正交誤差信息。
【專利摘要】本發(fā)明一種數(shù)字陀螺儀信號控制處理系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)模塊控制環(huán)路L1和檢測模態(tài)控制環(huán)路L2。本發(fā)明采用的相關(guān)欠采樣技術(shù)采用振動(dòng)式陀螺儀驅(qū)動(dòng)信號頻率作為基準(zhǔn)，采用正交的采樣信號，在每個(gè)驅(qū)動(dòng)信號周期里對振動(dòng)式陀螺儀驅(qū)動(dòng)信號和檢測信號進(jìn)行重采樣，并通過CIC梳狀濾波器輸出驅(qū)動(dòng)振動(dòng)的幅度信號和頻率失配信號以及檢測振動(dòng)的角速度信息和正交誤差信息。本發(fā)明的相關(guān)欠采樣算法無需進(jìn)行乘法即能提取調(diào)制信號的幅度和相位信息，具有簡單高效的特點(diǎn)。本發(fā)明提出的數(shù)字陀螺儀信號控制處理系統(tǒng)及相關(guān)欠采樣技術(shù)，適合振動(dòng)式哥氏陀螺儀。
【IPC分類】G01C19/5776
【公開號】CN105258689
【申請?zhí)枴緾N201510680007
【發(fā)明人】鄭旭東, 邢朝洋, 徐宇新, 曾青林, 王玉良, 趙克
【申請人】北京航天控制儀器研究所
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年10月19日