CN201688849U - 一种机抖激光陀螺用同步采样模拟伪随机噪声注入电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于机抖激光陀螺仪电路，具体涉及一种机抖激光陀螺用同步采样模拟伪随机噪声注入电路。包括时钟振荡器、时钟分频器、M序列发生器、同步信号上升沿检测电路、同步信号下降沿检测电路；上升沿窄脉冲发生电路、下降沿窄脉冲发生电路；整周期或半周期选择控制电路、采样保持电路。整周期或半周期选择控制电路控制正弦信号下降沿窄脉冲产生电路的接通状态，再将正弦信号上升沿同步采样窄脉冲信号与正弦信号下降沿同步采样窄脉冲信号经过异或操作后输出得到同步采样窄脉冲信号。可以实现高效的与机抖信号半周期同步的模拟伪随机噪声注入，能够兼容整周期同步噪声注入，可有效降低机抖激光陀螺仪的动态锁区，提高激光陀螺仪的性能指标。
Description
技术领域
本发明属于机抖激光陀螺仪电路，具体涉及一种高效的同步伪随机噪声注入电路。
背景技术
机抖激光陀螺通过机械抖动装置人为地引入一个交变的等效输入转速，使激光陀螺大部分时间工作在闭锁区域以外，以减小锁区对精度的影响。
单纯的正弦抖动不能消除动态闭锁误差。为了进一步降低动态闭锁误差，需要在正弦机械抖动中同步注入一个随机分量，即在机械抖动驱动信号中，与机械抖动的整周期或半周期同步注入一个随机噪声对抖动驱动信号进行调制，使抖动的幅度发生随机变化，从而有效减小机抖激光陀螺仪的闭锁误差。
现有机抖激光陀螺仪的机抖注入噪声一般采用多个周期或者单个周期注入一次噪声的形式，伪随机噪声注入效率较低，为进一步提高伪随机噪声注入效率，需要在设计中增加半周期同步噪声注入功能，且与整周期同步注入相兼容，以方便系统应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有噪声注入技术的不足，设计一种高效的可选择整周期同步、半周期同步伪随机噪声注入电路，实现高效的同步伪随机噪声注入。
本发明是这样实现的：一种机抖激光陀螺用同步采样模拟伪随机噪声注入电路，包括：时钟振荡器、时钟分频器、M序列发生器、带限滤波器、同步采样沿检测电路、同步采样窄脉冲发生电路、整周期或半周期选择控制电路、采样/保持器；
时钟振荡器产生的方波信号经过时钟分频器进行分频后作为M序列发生器的时钟输入信号，产生伪随机M序列，输出的伪随机数字M序列经过带限滤波器进行模拟滤波，输出模拟伪随机噪声信号；
同步采样沿检测电路检测同步控制正弦信号，此信号为外部输入的机械抖动反馈正弦信号，同步采样沿检测电路将检测结果信号传送至同步采样窄脉冲发生电路，同步采样窄脉冲发生电路根据同步采样沿检测电路的检测结果产生同步采样窄脉冲信号；
采样/保持器在同步采样窄脉冲信号控制下去采样并保持带限滤波器输出的模拟伪随机噪声信号，采样/保持器输出与同步控制正弦信号同步的阶梯状模拟伪随机噪声；
其中，
同步采样沿检测电路包括：同步信号上升沿检测电路、同步信号下降沿检测电路；
同步采样窄脉冲发生电路包括：上升沿窄脉冲发生电路、下降沿窄脉冲发生电路；
电路中还包括：整周期或半周期选择控制电路；
由上升沿检测电路检测同步控制正弦信号的上升过零点，得到正弦信号上升沿的同步方波信号，通过上升沿窄脉冲产生电路将正弦信号上升沿的同步方波信号转换为正弦信号上升沿同步采样窄脉冲信号；
由下降沿检测电路检测同步控制正弦信号的下降过零点，得到正弦信号下降沿的同步方波信号，通过下降沿窄脉冲产生电路将正弦信号下降沿的同步方波信号转换为正弦信号下降沿同步采样窄脉冲信号；
正弦信号上升沿同步采样窄脉冲信号和正弦信号下降沿同步采样窄脉冲信号这两路信号传送至整周期或半周期选择控制电路；
整周期或半周期选择控制电路根据整周期/半周期设定信号的设置，控制正弦信号下降沿窄脉冲产生电路的接通状态，再将正弦信号上升沿同步采样窄脉冲信号与正弦信号下降沿同步采样窄脉冲信号经过异或操作后输出得到同步采样窄脉冲信号，同步采样窄脉冲信号用于控制采样/保持器。
如上所述的一种机抖激光陀螺用同步采样模拟伪随机噪声注入电路，其中，所述时钟振荡器为石英晶体振荡器，基准频率为12MHz；所述时钟分频器输入信号为时钟振荡器的输出，时钟分频器对时钟振荡器产生的方波信号进行16分频；16分频电路将频率分为750kHz作为后续M序列发生器的时钟信号。
如上所述的一种机抖激光陀螺用同步采样模拟伪随机噪声注入电路，其中，所述的M序列发生器为23级级联串行移位M序列发生器，M序列发生器的时钟信号为时钟分频器的输出信号。
如上所述的一种机抖激光陀螺用同步采样模拟伪随机噪声注入电路，其中，所述的一种机抖激光陀螺用同步采样模拟伪随机噪声注入电路还包括M序列发生器启动电路，所述M序列发生器启动电路防止M序列发生器产生全0或全1序列输出。
如上所述的一种机抖激光陀螺用同步采样模拟伪随机噪声注入电路，其中，
采用比较器来构成上升沿检测电路，同步控制正弦信号通过电阻R8连接到运算放大器N2的反相输入端，在正向输入端和输出端之间连接电阻R9，正向输入端通过电阻R7接-15V，正向输入端和反向输入端之间连接去干扰电容C4，输出端通过上拉电阻R10接+5V，输出端输出信号至直接连接到上升沿窄脉冲产生电路的输入端；
采用比较器来构成下降沿检测电路，同步控制正弦信号通过电阻R2连接到运算放大器N1的反相输入端，在正向输入端和输出端之间连接电阻R3，正向输入端通过电阻R1接地，正向输入端和反向输入端之间连接去干扰电容C1，输出端通过上拉电阻R4接+5V，输出端输出信号至直接连接到下降沿窄脉冲产生电路的输入端。
如上所述的一种机抖激光陀螺用同步采样模拟伪随机噪声注入电路，其中，
上升沿窄脉冲产生电路、下降沿窄脉冲产生电路均采用带有预置和清除功能的D型触发器实现，D触发器的输入端与预置端直接连接到高电平，D触发器的
输出端经过电阻、电容串联到电源地，电阻与电容C2的公共连接端与D触发器的清除端直接连接；
整周期或半周期选择控制电路的实现方式为：将两个D触发器的Q输出端分别连接到异或门的两个输入端，将整周期/半周期设定信号直接与下降沿窄脉冲产生电路的所使用的D触发器的清除端连接。
本发明设计的优点是：将正弦信号上升沿同步采样窄脉冲信号和正弦信号下降沿同步采样窄脉冲信号这两路信号传送至整周期或半周期选择控制电路；整周期或半周期选择控制电路根据整周期/半周期设定信号的设置，控制正弦信号下降沿窄脉冲产生电路的接通状态，再将正弦信号上升沿同步采样窄脉冲信号与正弦信号下降沿同步采样窄脉冲信号经过异或操作后输出得到同步采样窄脉冲信号，同步采样窄脉冲信号用于控制采样/保持器。可实现半周期同步的模拟伪随机噪声注入，有效提高伪随机噪声注入效率，降低机抖激光陀螺仪的动态锁区，提高激光陀螺仪的性能指标。能够兼容整周期同步噪声注入。
附图说明
图1是本发明提供的同步伪随机噪声注入电路示意框图。
图2是本发明提供的同步伪随机噪声注入电路实施例框图。
图3是本发明提供的上升沿检测电路实施例框图。
图4是本发明提供的下降沿检测电路实施例框图。
图5是本发明提供的窄脉冲发生电路及整周期、半周期选择控制电路实施例框图。
图中：1.时钟振荡器 2.时钟分频器 3.M序列发生器 4.带限滤波器 5.采样/保持器 6.同步信号沿检测电路 7.窄脉冲发生电路 8.整周期或半周期选择控制电路 9.同步控制正弦信号 10.阶梯状模拟噪声信号 11.整周期/半周期设定信号
6′.同步信号上升沿检测电路 7′.上升沿窄脉冲发生电路
6″.同步信号下降沿检测电路 7″.下降沿窄脉冲发生电路
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示的本发明提供的同步伪随机噪声注入电路示意框图，包括：时钟振荡器1、时钟分频器2、M序列发生器3、带限滤波器4、同步采样沿检测电路6、同步采样窄脉冲发生电路7、整周期或半周期选择控制电路8、采样/保持器5；
时钟振荡器1产生的方波信号经过时钟分频器2进行分频后作为M序列发生器3的时钟输入信号，产生伪随机M序列，输出的伪随机数字M序列经过带限滤波器4进行模拟滤波，输出模拟伪随机噪声信号；
同步采样沿检测电路6检测同步控制正弦信号9，此信号为外部输入的机械抖动反馈正弦信号，同步采样沿检测电路6将检测结果信号传送至同步采样窄脉冲发生电路7，同步采样窄脉冲发生电路7根据同步采样沿检测电路6的检测结果产生同步采样窄脉冲信号；
采样/保持器5在同步采样窄脉冲信号控制下去采样并保持带限滤波器4输出的模拟伪随机噪声信号，采样/保持器5输出与同步控制正弦信号9同步的阶梯状模拟伪随机噪声10；
如图2所示一种高效的同步伪随机噪声注入电路实施例框图，包括时钟振荡器1、时钟分频器2、M序列发生器3、同步信号上升沿检测电路6′、同步信号下降沿检测电路6″、上升沿窄脉冲发生电路7′、下降沿窄脉冲发生电路7″、整周期或半周期选择控制电路8、采样/保持器5。
本发明的工作原理和工作过程如下：时钟振荡器1产生的方波信号经过时钟分频器2进行16分频后作为M序列发生器3的时钟输入信号，M序列发生器3为23级移位寄存器，产生周期较长的伪随机M序列，输出的伪随机数字M序列经过带限滤波器4进行模拟滤波，输出带宽一定的模拟伪随机噪声信号。
所述时钟振荡器1为石英晶体振荡器，基准频率为12MHz；所述时钟分频器2输入信号为时钟振荡器1的输出，时钟分频器2对时钟振荡器1产生的方波信号进行16分频；16分频电路将频率分为750kHz作为后续M序列发生器3的时钟信号。
所述的M序列发生器3为23级级联串行移位M序列发生器，M序列发生器3的时钟信号为时钟分频器2的输出信号。
还包括M序列发生器启动电路，所述M序列发生器启动电路防止M序列发生器3产生全0或全1序列输出。
同步控制正弦信号9为外部输入的机械抖动反馈正弦信号，由上升沿检测电路6′检测同步控制正弦信号的上升过零点，得到正弦信号上升沿的同步方波信号，通过上升沿窄脉冲产生电路7′将正弦信号上升沿的同步方波信号转换为正弦信号上升沿同步采样窄脉冲信号；
由下降沿检测电路6″检测同步控制正弦信号的下降过零点，得到正弦信号下降沿的同步方波信号，通过下降沿窄脉冲产生电路7″将正弦信号下降沿的同步方波信号转换为正弦信号下降沿同步采样窄脉冲信号；
整周期或半周期选择控制电路8根据整周期/半周期设定信号11的设置，将上升沿同步采样窄脉冲信号与下降沿同步采样窄脉冲信号进行不同的逻辑组合，输出整周期同步采样/保持信号或者半周期同步采样/保持信号，由同步采样/保持采样脉冲信号控制采样/保持器5去采样并保持经过带限滤波器4后的模拟伪随机噪声信号，输出与同步信号整周期或半周期同步的阶梯状模拟伪随机噪声10。
图3是本发明提供的上升沿检测电路原理图。图中，N2为比较器，R10为上拉电阻，电阻R7与R9构成电阻反馈网络，使比较器具有迟滞比较效果，电阻R7与R9的阻值比例应满足当比较器N2输出端12脚为高电平时，比较器N2的同相输入端4脚电压为零电压，当比较器N2输出端12脚为低电平时，比较器N2的同相输入端4脚电压为负的迟滞门槛电压，迟滞门槛电压大，则此电路抗干扰能力强，输出方波的占空比相应变小。C4为去干扰电容。同步控制正弦信号9通过电阻R8连接到运算放大器N2的反相输入端。该电路输出为方波信号，直接连接到上升沿窄脉冲产生电路7′的输入端，方波信号即为同步控制正弦信号9上升沿的过零点。
图4是本发明提供的下降沿检测电路原理图。图中，N1为比较器，R4为上拉电阻，电阻R1与R3构成电阻反馈网络，使比较器具有迟滞比较效果，电阻R1与R3的阻值比例应满足当比较器N1输出端12脚为低电平时，比较器N1的同相输入端4脚电压为零电压，当比较器N1输出端12脚为高电平时，比较器N1的同相输入端4脚电压为正的迟滞门槛电压，迟滞门槛电压大，则此电路抗干扰能力强，输出方波的占空比相应变大。C1为去干扰电容。同步控制正弦信号9通过电阻R2连接到运算放大器N1的反相输入端。该电路输出为方波信号，直接连接到下降沿窄脉冲产生电路7″的输入端，方波信号即为同步控制正弦信号9下降沿的过零点。
图5是本发明提供的窄脉冲发生电路及整周期、半周期选择控制电路原理图。图中D1为带有预置和清除功能的D型触发器；D2为异或门电路，型号为SN54LS84。上升沿检测电路6′的输出连接到D触发器D1A的时钟输入端(引脚3)。D触发器D1A的输入端(引脚2)与预置端(引脚4)直接连 接到高电平，D触发器D1A的
输出端(引脚6)经过电阻R5、电容C2串联到地电平，电阻R5与电容C2的公共连接端与D触发器D1A的清除端(引脚1)直接连接。该电路在上升沿检测电路6′输入为上升沿时，在D触发器D1A的Q输出端(引脚5)得到一个宽度为2～3uS的窄脉冲信号。D触发器D1A的Q输出端(引脚5)与异或门D2A的一个输入端(引脚1)连接。
同理，下降沿检测电路6″的输出连接到D触发器D1B的时钟输入端(引脚11)。D触发器D1B的输入端(引脚12)与预置端(引脚10)直接连接到高电平，D触发器D1B的输出端(引脚8)经过电阻R6、电容C3串联到地电平，电阻R6与电容C3的公共连接端与D触发器D1B的清除端(引脚13)直接连接。该电路在下降沿检测电路6″输入为上升沿时，在D触发器D1B的Q输出端(引脚9)得到一个宽度为2～3uS的窄脉冲信号。D触发器D1B的Q输出端(引脚9)与异或门D2A的一个输入端(引脚2)连接。
整周期/半周期设定信号11直接与D触发器D1B的清除端(引脚13)连接，如果整周期/半周期设定信号11悬空时，电路的上升沿窄脉冲发生电路和下降沿窄脉冲发生电路均可以正常工作，上升沿窄脉冲和下降沿窄脉冲经过异或操作后去控制采样/保持器5，可以实现每半周期采样；当整周期/半周期设定信号11连接到低电平时，电路的上升沿窄脉冲发生电路可以正常工作，而下降沿窄脉冲发生电路为连续清零状态，输出持续为低电平，经过异或操作后去控制采样/保持器5，可以实现整周期采样。
Claims (6)
1.一种机抖激光陀螺用同步采样模拟伪随机噪声注入电路，包括：时钟振荡器(1)、时钟分频器(2)、M序列发生器(3)、带限滤波器(4)、同步采样沿检测电路(6)、同步采样窄脉冲发生电路(7)、整周期或半周期选择控制电路(8)、采样/保持器(5)；
时钟振荡器(1)产生的方波信号经过时钟分频器(2)进行分频后作为M序列发生器(3)的时钟输入信号，产生伪随机M序列，输出的伪随机数字M序列经过带限滤波器(4)进行模拟滤波，输出模拟伪随机噪声信号；
同步采样沿检测电路(6)检测同步控制正弦信号(9)，此信号为外部输入的机械抖动反馈正弦信号，同步采样沿检测电路(6)将检测结果信号传送至同步采样窄脉冲发生电路(7)，同步采样窄脉冲发生电路(7)根据同步采样沿检测电路(6)的检测结果产生同步采样窄脉冲信号；
采样/保持器(5)在同步采样窄脉冲信号控制下去采样并保持带限滤波器(4)输出的模拟伪随机噪声信号，采样/保持器(5)输出与同步控制正弦信号(9)同步的阶梯状模拟伪随机噪声(10)；
其特征在于：
同步采样沿检测电路(6)包括：同步信号上升沿检测电路(6′)、同步信号下降沿检测电路(6″)；
同步采样窄脉冲发生电路(7)包括：上升沿窄脉冲发生电路(7′)、下降沿窄脉冲发生电路(7″)；
电路中还包括：整周期或半周期选择控制电路(8)；
由上升沿检测电路(6′)检测同步控制正弦信号的上升过零点，得到正弦信号上升沿的同步方波信号，通过上升沿窄脉冲产生电路(7′)将正弦信号上升沿的同步方波信号转换为正弦信号上升沿同步采样窄脉冲信号；
由下降沿检测电路(6″)检测同步控制正弦信号的下降过零点，得到正弦信号下降沿的同步方波信号，通过下降沿窄脉冲产生电路(7″)将正弦信号下降沿的同步方波信号转换为正弦信号下降沿同步采样窄脉冲信号；
正弦信号上升沿同步采样窄脉冲信号和正弦信号下降沿同步采样窄脉冲信号这两路信号传送至整周期或半周期选择控制电路(8)；
整周期或半周期选择控制电路(8)根据整周期/半周期设定信号(11)的设置，控制正弦信号下降沿窄脉冲产生电路(7″)的接通状态，再将正弦信号上升沿同步采样窄脉冲信号与正弦信号下降沿同步采样窄脉冲信号经过异或操作后输出得到同步采样窄脉冲信号，同步采样窄脉冲信号用于控制采样/保持器(5)。
2.如权利要求1所述的一种机抖激光陀螺用同步采样模拟伪随机噪声注入电路，其特征在于：所述时钟振荡器(1)为石英晶体振荡器，基准频率为12MHz；所述时钟分频器(2)输入信号为时钟振荡器(1)的输出，时钟分频器(2)对时钟振荡器(1)产生的方波信号进行16分频；16分频电路将频率分为750kHz作为后续M序列发生器(3)的时钟信号。
3.如权利要求1所述的一种机抖激光陀螺用同步采样模拟伪随机噪声注入电路，其特征在于：所述的M序列发生器(3)为23级级联串行移位M序列发生器，M序列发生器(3)的时钟信号为时钟分频器(2)的输出信号。
4.如权利要求3所述的一种机抖激光陀螺用同步采样模拟伪随机噪声注入电路，其特征在于：所述的一种机抖激光陀螺用同步采样模拟伪随机噪声注入电路还包括M序列发生器启动电路，所述M序列发生器启动电路防止M序列发生器(3)产生全0或全1序列输出。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的一种机抖激光陀螺用同步采样模拟伪随机噪声注入电路，其特征在于：
采用比较器来构成上升沿检测电路(6′)，同步控制正弦信号(9)通过电阻R8连接到运算放大器N2的反相输入端，在正向输入端和输出端之间连接电阻R9，正向输入端通过电阻R7接-15V，正向输入端和反向输入端之间连接去干扰电容C4，输出端通过上拉电阻R10接+5V，输出端输出信号至直接连接到上升沿窄脉冲产生电路(7′)的输入端；
采用比较器来构成下降沿检测电路(6″)，同步控制正弦信号(9)通过电阻R2连接到运算放大器N1的反相输入端，在正向输入端和输出端之间连接电阻R3，正向输入端通过电阻R1接地，正向输入端和反向输入端之间连接去干扰电容C1，输出端通过上拉电阻R4接+5V，输出端输出信号至直接连接到下降沿窄脉冲产生电路(7″)的输入端。
6.如权利要求1至4中任意一项所述的一种机抖激光陀螺用同步采样模拟伪随机噪声注入电路，其特征在于：
上升沿窄脉冲产生电路(7′)、下降沿窄脉冲产生电路(7″)均采用带有预置和清除功能的D型触发器实现，D触发器的输入端与预置端直接连接到高电平，D触发器的
输出端经过电阻、电容串联到电源地，电阻与电容的公共连接端与D触发器的清除端直接连接；
整周期或半周期选择控制电路(8)的实现方式为：将两个D触发器的Q输出端分别连接到异或门的两个输入端，整周期或半周期选择控制电路(8)将整周期/半周期设定信号(11)与下降沿窄脉冲产生电路(7″)的所使用的D触发器的清除端连接。
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