【摘 要】
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捷联惯性导航系统中的加速度计用于测量运载体的加速度信息,其加速度输出范围通常在10-5g到十多个g之间,且捷联惯导系统最终导航或者制导的精度很大程度上取决于加速度计的采集精度和数据处理精度。石英挠性加速度计作为主要的惯性传感器,其输出表现为微弱模拟电流信号。然而如此微小以及宽动态范围的微弱电流信号既不利于高精度的测量,也不利于信号的无损传输,另外后期导航解算计算机无法直接利用该信号进行数字解算并进
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捷联惯性导航系统中的加速度计用于测量运载体的加速度信息,其加速度输出范围通常在10-5g到十多个g之间,且捷联惯导系统最终导航或者制导的精度很大程度上取决于加速度计的采集精度和数据处理精度。石英挠性加速度计作为主要的惯性传感器,其输出表现为微弱模拟电流信号。然而如此微小以及宽动态范围的微弱电流信号既不利于高精度的测量,也不利于信号的无损传输,另外后期导航解算计算机无法直接利用该信号进行数字解算并进行补偿。本论文围绕石英挠性加速度计的信息处理、转换展开研究,在不损失加速计原有精度的情况下,通过I/F变换器将加速度计输出的微弱电流模拟信号转换为导航解算机能够识别的数字信号,以便于信号的后续处理。本论文首先对石英挠性加速度计结构及其工作原理进行了较为详细的分析,通过数据采集的基本方法对比与分析,最终确定以I/F变换为基本原理的数据转换方案。并结合复杂可编程逻辑器件的数据处理速度优势,提出以CPLD芯片来代替传统的比较器与触发器的硬件电路来完成整个转换系统的逻辑控制部分。其次在整体方案确定的条件下完成了基于CPLD芯片的I/F变换器的软硬件设计。在硬件部分中,首先完成了硬件总体方案设计,并将系统划分为几个主要功能模块,并完成各个模块的器件选型与电路仿真及电路优化,同时为了保证I/F变换器的精度,对电路抗干扰的方面也进行了详细分析并最后在Multisim中完成了硬件电路的。在软件设计方面,根据I/F变换器总体需求在Alter的QuartusⅡ的开发环境中完成了时钟同步模块,积分比较模块,逻辑控制模块以及复位模块的程序编写,并通过测试文件的编写验证了程序逻辑上的正确性。最后完成I/F变换器测试台的搭建,并测试了加速度计信息采集系统的功能性指标。通过实验分析I/F变换器的零偏、线性度、零偏稳定性等指标,实验结果表明论文所设计的I/F变换器可实现预期目标。为了减小温度对采集系统的影响,本文最后还详细介绍了关于I/F变换器的温度补偿方法,并通过实验实现温度补偿。从实验结果分析,该温度补偿方案可有效提高I/F变换器的抗干扰能力,从而在一定程度上提高了I/F变换器的实时精度。
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