[發明專利]一種激光陀螺POS數據采集及預處理系統

有效

• 申請號: 201010623908.X
• 申請日: 2010-12-31
• 公開（公告）號: CN102109351A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 鐘麥英;閆東坤;李建利;劉百奇;康泰鐘
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;李新華

技術領域

本發明涉及一種激光陀螺POS數據采集及預處理系統，屬于慣性技術領域，可以應用于POS(Position?and?Orientation?System，位置姿態測量系統)，也可以應用于慣性導航、慣性/GPS(Global?Position?System，全球定位系統)組合導航系統的數據采集及預處理。

背景技術

對于高分辨率航空遙感系統，除了高分辨率遙感載荷之外，制約遙感系統成像分辨率的主要因素是高精度POS。高精度POS為遙感載荷提供高精度位置姿態基準，同時為慣性穩定平臺提供精確的指向。無論對于高分辨率光學相機，還是機載三維成像激光雷達，高精度POS是提高成像分辨率的關鍵，已成為制約我國高分辨率遙感系統發展的技術瓶頸。數據采集及預處理系統是POS系統的重要組成部分，直接關系到POS系統功能的實現及性能的提高。

國外在高分辨率遙感載荷發展的牽引下，高精度POS技術也得到了快速發展，美國、加拿大、德國等發達國家已經形成了產品，并廣泛應用于高性能航空遙感領域。加拿大APPLANIX公司是當今世界上POS技術發展水平的代表，其研制了一系列POS，其中POS/AV610激光陀螺POS系統，應用于航空相機、成像光譜儀、激光雷達和合成孔徑雷達等，其IMU采用的是Honeywell公司的micro?ISR，由于技術封鎖，沒有相關micro?ISR數據采集及預處理系統的報道。Honeywell是當今世界上陀螺及慣性導航系統技術發展水平的代表，其高精度激光陀螺慣性測量單元HG9900采用的是TI的TMS320VC33浮點處理器作為核心處理器。

國內在POS用慣性測量系統技術方面，雖然起步較晚，但是目前已經開展了相應的研究工作，并取得了一定的進展。我國第一代機載POS試驗樣機，成功應用于中科院電子所機載微波遙感系統。研制的第二代POS原理樣機用撓性陀螺慣性測量系統；研制的高精度POS原理樣機用光纖陀螺慣性測量系統，姿態精度高達0.02°，為高精度POS研制提供了技術支撐，其數據采集及預處理系統采用單FPGA加外圍芯片的組合方式，實現數據采集，但FPGA是定點處理器，無法進行高精度數據濾波，所以單FPGA數據采集方案無法滿足激光陀螺POS系統需求。國防科技大學制作的激光陀螺慣性導航系統，其數據采集及預處理系統采用PC-104作為主處理器，但是PC-104體積大、功耗大，難以滿足POS系統小體積、低功耗、高精度的發展需求。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提出一種激光陀螺POS數據采集及預處理系統，從而滿足POS系統高頻率和高精度的需求。

本發明技術解決方案是：一種激光陀螺POS數據采集及預處理系統包括：FPGA數據采集模塊和DSP數據預處理模塊；FPGA數據采集模塊包括I/F轉換電路、光耦隔離電路、正交解碼電路、FPGA最小子系統和溫度信號調理電路；DSP數據預處理模塊包括DSP最小子系統和RS-422串口發送電路；三路激光陀螺正交編碼信號經過光耦隔離電路發送給正交解碼電路，正交解碼電路解碼完成后得到激光陀螺解碼信號，發送給FPGA最小子系統；三路加速度計電流信號經過I/F轉換電路轉換為加速度計脈沖，然后經過光耦隔離電路發送給FPGA最小子系統；GPS秒脈沖信號經過光耦隔離電路發送給FPGA最小子系統；激光陀螺溫度信號和加速度計溫度信號經過溫度信號處理電路進行信號放大和A/D轉換后，經過光耦隔離電路通過SPI通信方式發送給FPGA最小子系統；FPGA最小子系統通過硬件描述語言在FPGA中搭建硬件電路系統，實現激光陀螺數據和加速度計數據2KHz-20KHz的高頻采樣，具體實現為通過采集脈沖方式采集GPS秒脈沖同步FPGA數據采集時鐘，通過采集脈沖和電平的方式采集激光陀螺信號，通過采集脈沖的方式采集加速度計信號，通過SPI通信方式采集激光陀螺溫度信號和加速度計溫度信號；DSP最小子系統讀取FPGA最小子系統采集的三路激光陀螺信號、三路加速度計信號、激光陀螺溫度信號和加速度計溫度信號，并進行預處理，預處理包括對三路激光陀螺數據及三路加速度計數據進行低通數字濾波；利用激光陀螺溫度數據和加速度計溫度數據分別對激光陀螺數據和加速度計數據進行查找表式溫度補償；利用激光陀螺數據對加速度計數據進行振動誤差補償；將經過低通濾波、溫度誤差補償和振動誤差補償的激光陀螺數據和加速度計數據進行加和平滑，最后通過RS-422串口通信電路將預處理結果發送給導航計算機；DSP最小子系統通過提高DSP硬件利用率和軟件算法執行效率，實現系統小體積、低功耗和高運算性能。