[發明專利]星載絕對式光電碼盤粗碼譯碼電路及采用該電路實現的自適應采樣法

有效

• 申請號: 201510041410.5
• 申請日: 2015-01-28
• 公開（公告）號: CN104596550B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 劉楊;崔寧;于志亮
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01D3/028
• 分類號: G01D3/028;G01D3/036
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 張利明

技術領域

本發明涉及的是光電軸角測量技術領域。

背景技術

由于激光通信具有高保密性、高傳輸效率等優點，近年來，空間激光通信得到了越來越多國家的重視，隨著海洋2號衛星光通信終端的研發成功，我國已進入空間激光通信的先進行列。絕對式光電碼盤作為一種典型的角位置、角速度傳感器，以其高精度、高可靠性、易于加工制造的特點在精密制造、精密測量、航空航天等領域有著廣泛的應用。

在高精度光電碼盤制作中，常采用粗碼、中精碼、精碼相結合的復合刻劃模式。其中，為了保證可靠性和高精度，粗碼部分一般采用矩陣碼編碼方式，且一般采用電壓比較器進行譯碼處理；

已有的光電碼盤采樣譯碼電路，其組成結構如圖1所示，由光電碼盤、采樣電阻、基準比較電壓、電壓比較器、鎖存器、精碼、中精碼譯碼模塊和DSP處理器等部分組成；其電壓比較器基準比較電壓常采用固定電壓源供電，當環境溫度改變時，采樣電阻阻值、光電碼盤讀數頭輸出的光電流均會發生變化，從而引起采樣電壓的變化，這就造成了碼盤同一物理位置下對應不同采樣電壓的現象，更嚴重的是梯形電壓的峰值也發生了變化，因此時基準比較電壓固定不變，粗碼采樣信號經電壓比較器后輸出的矩形波占空比偏離50％，以至于數值采樣譯碼后出現跳碼問題，這對后續激光通信粗瞄跟蹤系統的控制造成了不利的影響；

此外，12位粗碼采樣譯碼電路，共需要12個運算放大器、兩片8通道鎖存器及24個分壓電阻，這的增加了硬件電路復雜性，增大了電路板尺寸，不利于保證系統可靠性。

發明內容

本發明是為了解決目前粗碼采樣譯碼電路存在的跳碼、電路結構過于復雜及誤碼率高導致的采樣精度低的問題，本發明提供了一種星載絕對式光電碼盤粗碼自適應采樣法。

星載絕對式光電碼盤粗碼譯碼電路，它包括光電碼盤、1號采樣電阻、精碼及中精碼譯碼模塊、2號采樣電阻、限流電阻和DSP處理器；

所述的光電碼盤的精碼光電流信號輸出端同時與1號采樣電阻的一端和精碼及中精碼譯碼模塊的電壓信號輸入端連接，1號采樣電阻的另一端接電源地，

精碼及中精碼譯碼模塊的數字信號輸出端與DSP處理器的精碼數字信號輸入端連接，

DSP處理器的控制信號輸出端與精碼及中精碼譯碼模塊的控制信號輸入端連接；

光電碼盤的粗碼光電流信號輸出端同時與2號采樣電阻的一端和限流電阻的一端連接，2號采樣電阻的另一端接電源地，限流電阻的另一端與DSP處理器的粗碼電壓信號輸入端連接。

采用星載絕對式光電碼盤粗碼譯碼電路實現的光電碼盤粗碼自適應采樣法，該粗碼自適應采樣法包括如下步驟：

步驟一：在18℃至25℃條件下通過示波器或電壓表獲得光電碼盤粗碼電壓的基準比較電壓a；

步驟二：系統上電后，令平均比較電壓m＝0，上電初始化時間Time＝0，

步驟三：令采樣計數值n＝1，采樣電壓之和sum＝m；

步驟四：DSP處理器的粗碼電壓信號輸入端對接收的粗碼電壓u_i進行讀取，每讀取一次粗碼電壓u_i；

步驟五：更新采樣電壓之和sum，執行sum＝sum+u_i；

步驟六；更新平均比較電壓m，執行m＝sum/n；

步驟七：更新采樣計數值n，執行n＝n+1后，當采樣計數值n<2¹⁶時，執行步驟八，當采樣計數值n＝2¹⁶時，執行步驟三；

步驟八：更新上電初始化時間Time，執行Time＝Time+0.001；

步驟九：通過下述公式獲得粗碼譯碼值v后執行步驟四，該公式為：

采用星載絕對式光電碼盤粗碼譯碼電路實現的光電碼盤粗碼自適應采樣法，在步驟四和步驟五之間增加步驟四一，

步驟四一為：判斷u_i與u_i-1是否相等，

判斷結果為是，執行步驟八中

判斷結果為否，則執行步驟五，其中，u_i-1表示粗碼電壓u_i的上一次的粗碼采樣電壓。

所述的步驟一中，在18℃至25℃條件下通過示波器或電壓表多次測量且取平均值獲得光電碼盤粗碼電壓的基準比較電壓a。