CN110426028A - 一种光纤陀螺的数据处理控制方法 - Google Patents

一种光纤陀螺的数据处理控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光纤陀螺的数据处理控制方法，涉及光纤传感技术领域。所述数据处理控制方法，通过对有效采样区间内的信号进行多重采样，再对多重采样的数据进行积分求和、求平均值处理而获得所需的测量结果，使得远离上升沿和下降沿的数据的权重大，靠近上升沿和下降沿的数据的权重小，避免了由于工作环境对梳齿波上升沿和下降沿的时间长度的影响而造成测量精度的问题，在环境因素变化的情况下，保证和提高了光纤陀螺的测量精度。

Description

一种光纤陀螺的数据处理控制方法
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种数据处理方法，尤其涉及一种应用于光纤陀螺的数据处理控制方法。
背景技术
光纤陀螺作为光机电一体化的角速度测量传感器，如图1所示，由机械系统、光路系统、数字电路控制系统三大部分组成，其中，数字电路控制系统的主要功能是利用AD模数转换器采集光电探测器的输出信号，并进行模数转换，转换结果输入到FPGA处理器中进行数字解调，获得光纤陀螺所测量的角速度信号。一方面，角速度测量信号作为闭环反馈信号输出给DA数模转换器，作用于闭环控制执行机构-光电相位调制器（Y波导），实现光纤陀螺闭环控制功能，另一方面，角速度测量信号由FPGA处理器通过串口芯片输出或传递给上一级系统。
现有的数字处理控制系统中，AD模数转换的具体步骤为：AD模数转换器根据FPGA处理器输出的控制时钟，对光电探测器输出的光电转换结果进行采样，光电转换结果为梳齿波，采样是指对相邻梳齿之间去除梳齿波上升沿和下降沿后的一段有效数据（即有效采样区间内的数据）的采样。但是，光纤陀螺在工作过程中工作温度环境和电磁环境会对梳齿波的上升沿和下降沿的时间长度产生影响，进而影响陀螺的精度水平，为了避免这类问题的发生，常规的技术手段是将光纤陀螺数据采样的有效区间向中心靠拢，减少采样点的个数，而采样点个数的减少会对陀螺精度的提高产生不利影响。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种光纤陀螺的数据处理控制方法，在有效采样区间内，通过多重采样的处理方式来抑制工作环境对梳齿波上升沿和下降沿的影响，同时又避免减少采样点的个数。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种光纤陀螺的数据处理控制方法，包括以下步骤：
对有效采样区间内的信号进行多重采样而获得多个采样数列，每个所述采样数列由多个采样点所采集的数据构成；采样数列的个数与采样的重数相同；
对每个所述采样数列进行积分求和处理，再对所有积分求和处理后的结果求取平均值，所述平均值即为所需的测量结果。
本发明所述方法通过多重采样使得靠近上升沿和下降沿的采样点所采集的数据权重小，而远离上升沿和下降沿的采样点所采集的数据权重大，抑制了有效采样区间中因工作环境对上升沿和下降沿的时间长度的不利影响，保证和提高了光纤陀螺的测量精度。
进一步地，所述有效采样区间是相邻梳齿波之间去除梳齿波上升沿和下降沿后的采样区间。
在采样周期内，由于受到电路的影响存在梳齿波上升沿和下降沿，上升沿和下降沿的测量结果与真实测量值存在偏差，为了减小上升沿和下降沿对测量结果的影响，在采样区间去除上升沿和下降沿以构成有效采样区间。
进一步地，所述多重采样的具体操作为：
在有效采样区间内进行第一次采样，采样点的个数为p，每个采样点所采集的数据构成采样数列M1，M1= [N1,N2,…,Ni,…,Np-1,Np]，Ni为在第i个采样点所采集的数据；
去除采样数列M1两边采样点所采集的数据构成第二次采样的采样数列M2，M2= [Nn+1,Nn+2,…,Ni,…,Np-m-1,Np-m]，n表示采样数列左边去除的采样点的个数，m表示采样数列右边去除的采样点的个数；
依次类推，第q次采样的采样数列为Mq，Mq= [Nn(q-1)+1,N(q-1)+2,…,Ni,…,Np-m(q-1)-1,Np-m(q-1)]，q为整数，且q≥2。
进一步地，采样数列左边去除的采样点的个数n与采样数列右边去除的采样点的个数m相等，简化了程序设计。
进一步地，采样数列左边去除的采样点的个数n与采样数列右边去除的采样点的个数m均为1。
每次去除两边的采样点的数量越少，即n或者m越小，采样的次数越多，即q越大，最后求取的平均值作为最终测量结果就越精确。
进一步地，利用AD转换器进行所述多重采样，采用光纤陀螺数字控制系统中现有的AD进行采样，不存在各采样数列之间的延迟问题，不需要额外增加部件。
进一步地，利用FPGA对所述采样数列进行积分求和、求取平均值的计算，采用光纤陀螺数字控制系统中现有的FPGA进行计算，由于FPGA具有并行运算能力，在采样周期内，可以实现多次采样结果的运算，实时性好，不需要额外增加部件。
有益效果
与现有技术相比，本发明所提出的一种光纤陀螺的数据处理控制方法，通过对有效采样区间内的信号进行多重采样，再对多重采样的数据进行积分求和、求平均值处理而获得所需的测量结果，使得远离上升沿和下降沿的数据的权重大，靠近上升沿和下降沿的数据的权重小，避免了由于工作环境对梳齿波上升沿和下降沿的时间长度的影响而造成测量精度的问题，在环境因素变化的情况下，保证和提高了光纤陀螺的测量精度。
本发明所述方法，利用现有的AD转换器和FPGA进行数据采样和采样后数据的运算，保证了采样数据的同步性和计算处理的实时性，且无需额外增加部件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中现有光纤陀螺数字控制系统的结构框图；
图2是本实施例中有效采样区间的示意图；
图3是本实施例中多重采样的采样图；
其中，1-有效采样区间，2-梳齿波下降沿，3-梳齿波上升沿，4-梳齿波。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明所提供的一种光纤陀螺的数据处理控制方法，包括以下步骤：
1、利用现有的AD转换器对有效采样区间内的信号进行多重采样而获得多个采样数列，每个采样数列由多个采样点所采集的数据构成；采样数列的个数与采样的重数相同。有效采样区间是相邻梳齿波之间去除梳齿波上升沿和下降沿后的采样区间，如图2所示。
如图3所示，多重采样的具体操作为：
1.1 在有效采样区间内进行第一次采样，采样点的个数为p，每个采样点所采集的数据构成采样数列M1，M1= [N1,N2,…,Ni,…,Np-1,Np]，Ni为在第i个采样点所采集的数据；
1.2 去除采样数列M1两边采样点所采集的数据构成第二次采样的采样数列M2，M2=[Nn+1,Nn+2,…,Ni,…,Np-m-1,Np-m]，n表示采样数列左边去除的采样点的个数，m表示采样数列右边去除的采样点的个数；n和m可以相同，也可以不同；
1.3 依次类推，第q次采样的采样数列为Mq，Mq= [Nn(q-1)+1,N(q-1)+2,…,Ni,…,Np-m(q-1)-1,Np-m(q-1)]，q为整数，且q≥2，q是由采样点的个数p，每次去除的采样点个数n，m来决定的。
2、利用现有的FPGA对每个采样数列进行积分求和处理，再对所有积分求和处理后的结果求取平均值，该平均值即为所需的测量结果，该测量结果按照光纤陀螺的工作原理进行解调，实现光纤陀螺的闭环控制和角速度测量。
本发明所述方法通过多重采样使得靠近上升沿和下降沿的采样点（有效采样区间两边的采样点）所采集的数据权重小，而远离上升沿和下降沿的采样点（有效采样区间中心的采样点）所采集的数据权重大，抑制了有效采样区间中因工作环境对上升沿和下降沿的时间长度的不利影响，保证和提高了光纤陀螺的测量精度。
实施例
以70型光纤陀螺所使用的数字处理控制系统为例，70型光纤陀螺光电探测器输出梳齿波的周期约为2.5微秒，AD转换器在FPGA处理器的控制下，对梳齿波信号进行采样，如图2所示，设整个采样区间的采样点数为40个，去除上升沿和下降沿部分（在工作环境影响最小时的上升沿和下降沿），剩余的采样点数为20个，即有效采样区间内的采样点的个数p=20，设n=m=1，采样重数q=10，则：
第一次采样的采样数列M1= [N1,N2,…,Ni,…,N19,N20]，对采样数列中的每个数据进行积分求和处理，获得第一次采样积分求和结果J1=S1+S2+…+Si+…+S19+S20，Si表示第i个采样点所采集的数据对应的积分值，p=20。
第二次采样的采样数列M2= [N2,N3,…,Ni,…,N18,N19]，对采样数列中的每个数据进行积分求和处理，获得第二次采样积分求和结果J2=S2+S3+…+Si+…+S18+S19，p=18。
第三次采样的采样数列M3= [N3,N4,…,Ni,…,N17,N18]，对采样数列中的每个数据进行积分求和处理，获得第三次采样积分求和结果J3=S3+S4+…+Si+…+S17+S18，p=16。
第四次采样的采样数列M4= [N4,N5,…,Ni,…,N16,N17]，对采样数列中的每个数据进行积分求和处理，获得第四次采样积分求和结果J4=S4+S5+…+Si+…+S16+S17，p=14。
第五次采样的采样数列M5= [N5,N6,…,Ni,…,N15,N16]，对采样数列中的每个数据进行积分求和处理，获得第五次采样积分求和结果J5=S5+S6+…+Si+…+S15+S16，p=12。
第六次采样的采样数列M6= [N6,N7,…,Ni,…,N14,N15]，对采样数列中的每个数据进行积分求和处理，获得第六次采样积分求和结果J6=S6+S7+…+Si+…+S14+S15，p=10。
第七次采样的采样数列M7= [N7,N8,…,Ni,…,N13,N14]，对采样数列中的每个数据进行积分求和处理，获得第七次采样积分求和结果J7=S7+S8+S9+S10+S11+S12+S13+S14，p=8。
第八次采样的采样数列M8= [N8,N9, N10, N11,N12,N13]，对采样数列中的每个数据进行积分求和处理，获得第八次采样积分求和结果J8=S8+S9+S10+S11+S12+S13，p=6。
第九次采样的采样数列M9= [N9, N10, N11,N12]，对采样数列中的每个数据进行积分求和处理，获得第九次采样积分求和结果J9= S9+S10+S11+S12，p=4。
第十次采样的采样数列M10= [N10, N11]，对采样数列中的每个数据进行积分求和处理，获得第十采样积分求和结果J10= S10+S11，p=2。
对上述10次采样的积分求和结果求取平均值：
平均值作为最终的测量结果，根据平均值的求取过程可知，有效采样区间中间部分（远离上升沿和下降沿）的采样数据对应的积分值S8、S9、S10、S11、S12、S13权重大，而两边（靠近上升沿和下降沿）的采样数据对应的积分值S1、S2、S3、S4、S17、S18、S19、S20权重小。因工作环境（温度、电磁干扰）的影响，梳齿波的上升沿和下降沿的宽度（时间长度）随着产生变化，通过简单地去除上升沿和下降沿并不能很好的克服上升沿和下降沿对测量结果的影响，本发明所述方法通过多重采样增加采样区间中间部分采样数据的权重，降低两边部分采样数据的权重，无论上升沿和下降沿的宽度如何变化，均能很好地消除上升沿和下降沿对测量结果的影响，提高了测量精度。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光纤陀螺的数据处理控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
对有效采样区间内的信号进行多重采样而获得多个采样数列，每个所述采样数列由多个采样点所采集的数据构成；采样数列的个数与采样的重数相同；
对每个所述采样数列进行积分求和处理，再对所有积分求和处理后的结果求取平均值，所述平均值即为所需的测量结果。
2.如权利要求1所述的一种光纤陀螺的数据处理控制方法，其特征在于，所述有效采样区间是相邻梳齿波之间去除梳齿波上升沿和下降沿后的采样区间。
3.如权利要求1所述的一种光纤陀螺的数据处理控制方法，其特征在于，所述多重采样的具体操作为：
在有效采样区间内进行第一次采样，采样点的个数为p，每个采样点所采集的数据构成采样数列M1，M1= [N1,N2,…,Ni,…,Np-1,Np]，Ni为在第i个采样点所采集的数据；
去除采样数列M1两边采样点所采集的数据构成第二次采样的采样数列M2，M2= [Nn+1,Nn+2,…,Ni,…,Np-m-1,Np-m]，n表示采样数列左边去除的采样点的个数，m表示采样数列右边去除的采样点的个数；
依次类推，第q次采样的采样数列为Mq，Mq= [Nn(q-1)+1,N(q-1)+2,…,Ni,…,Np-m(q-1)-1,Np-m(q-1)]，q为整数，且q≥2。
4.如权利要求3所述的一种光纤陀螺的数据处理控制方法，其特征在于，采样数列左边去除的采样点的个数n与采样数列右边去除的采样点的个数m相等。
5.如权利要求4所述的一种光纤陀螺的数据处理控制方法，其特征在于，采样数列左边去除的采样点的个数n与采样数列右边去除的采样点的个数m均为1。
6.如权利要求1所述的一种光纤陀螺的数据处理控制方法，其特征在于，利用AD转换器进行所述多重采样。
7.如权利要求1所述的一种光纤陀螺的数据处理控制方法，其特征在于，利用FPGA对所述采样数列进行积分求和、求取平均值的计算。
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