基于DSP和CPLD的光纖陀螺信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：隨著光纖陀螺在空空導(dǎo)彈中的廣泛應(yīng)用，為了對(duì)其特性進(jìn)行深入研究，設(shè)計(jì)了一種光纖陀螺信號(hào)采集系統(tǒng)。硬件結(jié)構(gòu)采用了DSP+CPLD的方式，控制AD芯片完成多路光纖陀螺數(shù)據(jù)的采集。為了降低干擾對(duì)采集精度的影響，在硬件以及軟件方面進(jìn)行了抗干擾設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的測(cè)試驗(yàn)證，性能指標(biāo)滿足使用要求。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)新穎、實(shí)用，操作簡(jiǎn)單快捷。
關(guān)鍵詞：光纖陀螺；DSP；CPLD；信號(hào)采集系統(tǒng)

0 引言
光纖陀螺作為一種新型的慣性器件，近年來(lái)得到越來(lái)越多的關(guān)注，因?yàn)樗性S多其他陀螺無(wú)法比擬的優(yōu)越性，比如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，動(dòng)態(tài)范圍大，抗電磁干擾，無(wú)加速度引起的漂移且成本低，可靠性好等。陀螺可以為載體提供準(zhǔn)確的角速度和角位移等信號(hào)，完成對(duì)運(yùn)動(dòng)體的姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)軌跡控制。其優(yōu)良的品質(zhì)使自身能夠滿足軍工和民用對(duì)慣性器件苛刻的要求，并得到廣泛的應(yīng)用。
慣性器件的性能直接影響到控制系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性能，所以光纖陀螺被應(yīng)用到空空導(dǎo)彈中時(shí)，需要對(duì)陀螺的特性有充分的了解，為此構(gòu)建了一個(gè)陀螺采集系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)陀螺信號(hào)的采集及特性分析。

1 光纖陀螺的工作原理
光纖陀螺是激光陀螺的一種，其基本原理基于Sagnac效應(yīng)，即用光纖繞制成環(huán)柱形光路，光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)分束器分為兩束之后，送到光纖中，隨著陀螺的轉(zhuǎn)動(dòng)，分別沿順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较騻鬏?，?jīng)過(guò)一周后，這兩束相反方向傳播的光回到分束器中形成干涉，當(dāng)光纖形成的環(huán)狀回路不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，順、逆光程到達(dá)分束器的時(shí)間相等，兩束光的相位差為零；當(dāng)環(huán)狀回路轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，順、逆光程就產(chǎn)生差異，在一段時(shí)間內(nèi)分束器已從A點(diǎn)轉(zhuǎn)到了A’點(diǎn)，對(duì)順時(shí)針傳播的光束，當(dāng)它再次到分束器時(shí)多走了AA’的路程(如圖1所示)?？梢愿鶕?jù)兩束光的相位差來(lái)獲得回路轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。光纖的檢測(cè)靈敏度和分辨率比激光陀螺提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

2 系統(tǒng)構(gòu)成及其工作原理
本文設(shè)計(jì)的信號(hào)采集系統(tǒng)通過(guò)雙口RAM實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與DSP的通信，控制板采用DSP+CPLD的方式，控制AD芯片完成多路光纖陀螺數(shù)據(jù)的采集。系統(tǒng)工作流程為DSP接收到上位機(jī)通過(guò)雙口RAM傳來(lái)的采集指令，通過(guò)地址／數(shù)據(jù)總線與CPLD進(jìn)行通信，控制AD芯片對(duì)外部的多路陀螺信號(hào)進(jìn)行采集，之后通過(guò)雙口RAM送到上位機(jī)，上位機(jī)實(shí)現(xiàn)各種圖形界面操作和后端信號(hào)處理，對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行分析。系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。