CN207907904U - 一种激光陀螺惯导系统的测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光陀螺惯导系统的测试系统，涉及测试领域，该系统包括：仿真平台和测试主机，仿真平台的各个输入端和各个输出端分别连接测试主机，仿真平台包括用于模拟抖动轮和拍频信号的第一仿真模组，以及用于模拟压电和光强信号第二仿真模组，第一仿真模组中包括采样单元、频率合成单元、第一参数输入单元、幅值控制单元以及算法处理单元，第二仿真模组中包括交直流信号分离单元、第二参数输入单元、第一信号处理单元和第二信号处理单元；该测试系统通过模拟激光陀螺的信号，不需要使用实际台体进行测试，较为便捷，而且可以根据实际需要配置不同的参数，可以用于对多个型号的台体进行测试，具有更好的兼容性。

Description

一种激光陀螺惯导系统的测试系统

技术领域

本实用新型涉及测试领域，尤其是一种激光陀螺惯导系统的测试系统。

背景技术

激光陀螺捷联惯导系统是一种完全自主式的导航系统，被广泛地应用于战斗机、航空制导武器等武器系统中。激光陀螺捷联惯导系统主要包括惯性测量元件(包括三个轴向的激光陀螺仪和三个轴向的加速度计)和导航计算机，惯性测量元件直接固连在运载体上，激光陀螺仪和加速度计分别用于测量运载体的角速度和加速度等信息并传输给导航计算机，导航计算机通过特定的算法根据这些信息实时地计算运载体的位置、速度和姿态等信息。

目前，在测试激光陀螺捷联惯导系统时，基本都是使用实际的台体进行测试，在测试不同的系统时，需要使用不同型号的实际台体，而实际台体体积较大且价格昂贵，这对激光陀螺捷联惯导系统的测试带来了很大的不便。

实用新型内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种激光陀螺惯导系统的测试系统，该测试系统通过仿真平台模拟激光陀螺在运行过程中所产生的信号，不需要使用实际台体进行测试，较为便捷，而且可以根据实际需要配置不同的参数，使得该系统可以用于对多个型号的台体进行测试，具有更好的兼容性。

本实用新型的技术方案如下：

一种激光陀螺惯导系统的测试系统，该系统包括：仿真平台和测试主机，仿真平台的输入端和输出端分别连接测试主机，仿真平台的输入端包括第一输入端和第二输入端，仿真平台的输出端包括第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端，仿真平台包括第一仿真模组和第二仿真模组；

第一仿真模组中包括采样单元、频率合成单元、第一参数输入单元、幅值控制单元以及算法处理单元，采样单元的输入端连接仿真平台的第一输入端，采样单元的输出端连接频率合成单元，第一参数输入单元的输出端也连接频率合成单元，频率合成单元的输出端连接幅值控制单元，采样单元的输出端还连接幅值控制单元，幅值控制单元的输出端分别连接仿真平台的第一输出端以及算法处理单元的输入端，算法处理单元的输出端连接仿真平台的第二输出端，仿真平台用于通过第一输出端输出抖动轮信号，仿真平台用于通过第二输出端输出拍频信号；

第二仿真模组中包括交直流信号分离单元、第二参数输入单元、第一信号处理单元和第二信号处理单元，交直流信号分离单元的输入端连接仿真平台的第二输入端，交直流信号分离单元的输出端分别连接第一信号处理单元和第二信号处理单元的输入端，第二参数输入单元的输出端分别连接第一信号处理单元和第二信号处理单元的输入端，第一信号处理单元的输出端连接仿真平台的第三输出端，第二信号处理单元的输出端连接仿真平台的第四输出端，仿真平台通过第三输出端输出压电信号，仿真平台通过第四输出端输出光强信号。

其进一步的技术方案为，该系统中还包括：上位机，仿真平台中还包括第一通讯接口和第二通讯接口，仿真平台通过第一通讯接口和第二通讯接口连接上位机；

第一参数输入单元中包括第一指令控制单元和第一参数寄存器，第一指令控制单元连接第一通讯接口，第一指令控制单元还连接第一参数寄存器，第一指令控制单元的输出端还连接频率合成单元；

第二参数输入单元种包括第二指令控制单元和第二参数寄存器，第二指令控制单元连接第二通讯接口，第二指令控制单元还连接第二参数寄存器，第二指令控制单元的输出端还分别连接第一信号处理单元和第二信号处理单元。

其进一步的技术方案为，该系统中还包括：存储器，仿真平台中还包括第一总线接口和第二总线接口，仿真平台通过第一总线接口和第二总线接口连接存储器，第一指令控制单元连接第一总线接口，第二指令控制单元连接第二总线接口。

其进一步的技术方案为，第一仿真模组基于现场可编程门阵列FPGA，第二仿真模组基于数字信号处理DSP。

其进一步的技术方案为，频率合成单元采用cordic算法。

本实用新型的有益技术效果是：

1、本申请公开的测试系统中，仿真平台能够模拟实际激光陀螺在运行过程中所产生的抖动轮信号、拍频信号、压电信号和光强信号，使得不需要使用实际台体进行测试，便捷程度较高。

2、用户可以使用上位机对仿真平台配置不同的参数，使得该测试系统可以对多个型号的台体进行测试，具有更好的兼容性。

3、在设计抖动轮和拍频信号时，使用FPGA设计代替传统设计中的模拟电路使用高Q值的二阶滤波器，这种设计方案保证了输入输出信号的相位差可控，而且可以根据实际需要配置不同的参数，以更改输入输出的幅频特性和相频特性。运算出抖动轮信号后不需要经过输出后再采样，可直接在FPGA内经过cordic算法直接获得拍频信号。这样可以避免抖动轮信号输出再采样造成的噪声干扰导致的失真。从而获得分辨率非常高的拍频信号，拍频信号分辨率为16bit，拍频信号与抖动轮信号的相位差也能够非常小，小于万分之一度。

4、采用cordic算法设计DDS模块，流水运算，与传统的查表法相比，节省了芯片资源。

附图说明

图1是激光陀螺惯导系统的测试系统的系统示意图。

图2是仿真平台中的第一仿真模组的结构图。

图3是仿真平台中的第二仿真模组的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

请参考图1，本申请公开了一种激光陀螺惯导系统的测试系统，该系统包括仿真平台和测试主机，该仿真平台以DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)和FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)为核心，通过AD(模数转换)芯片进行采样，通过DA(数模转换)芯片进行输出。该仿真平台能够完全模拟激光陀螺台体的功能，包括第一仿真模组和第二仿真模组，其中第一仿真模组基于FPGA，第二仿真模组基于DSP。

仿真平台的输入端包括第一输入端Sin1和第二输入端Sin2，仿真平台的输出端包括第一输出端Sout1、第二输出端Sout2、第三输出端Sout3和第四输出端Sout4，第一输入端Sin1、第一输出端Sout1和第二输出端Sout2连接第一仿真模组作为其输入端和输出端，第二输入端Sin2、第三输出端Sout3和第四输出端Sout4连接第二仿真模组作为其输入端和输出端，仿真平台的各个输入端和各个输出端分别连接测试主机形成闭环。需要说明的是，在本申请中，从第一输入端Sin1和第二输入端Sin2输入的输入信号，以及从第一输出端Sout1、第二输出端Sout2和第三输出端Sout3输出的输出信号均包括X轴、Y轴和Z轴正交的三个方向，三个轴的原理都相同。

可选的，该系统中还包括上位机，仿真平台还包括第一通讯接口和第二通讯接口，本申请中第一通讯接口和第二通讯接口分别为RS232串口，第一通讯接口和第二通讯接口分别与上位机相连，用于提供上位机人机交互所需的通信功能，用户可以根据需要通过不同的指令，在上位机上配置和修改仿真平台中的相关参数，具体的，第一通讯接口连接第一仿真模组，用户可以在上位机中配置和修改第一仿真模组中的相关参数，第二通讯接口连接第二仿真模组，用户可以在上位机中配置和修改第二仿真模组中的相关参数。

可选的，该系统中还包括外部的存储器，仿真平台还包括第一总线接口和第二总线接口，本申请中的第一总线接口和第二总线接口分别为I2C总线接口，第一总线接口和第二总线接口分别与存储器相连，使得可以将用户配置的相关参数存储在存储器，具体的，第一总线接口与第一仿真模组相连，用户配置的第一仿真模组的相关参数通过该第一总线接口存储在存储器中；第二总线接口与第二仿真模组相连，用户配置的第二仿真模组的相关参数通过该第二总线接口存储在存储器中。

请参考图2示出的第一仿真模组的结构图，第一仿真模组用于实现抖动轮和拍频仿真功能，该第一仿真模组中包括采样单元、频率合成单元、第一参数输入单元、幅值控制单元以及算法处理单元。采样单元的输入端连接仿真平台的第一输入端Sin1，测试主机通过该第一输入端Sin1向第一仿真模组发送输入信号，采样单元用于采集输入信号的频率，计算出相位，配置DDS(Direct Digital Synthesizer，直接数字式频率合成器)，采样单元的输出端连接频率合成单元，第一参数输入单元的输出端也连接频率合成单元，第一参数输入单元用于向频率合成单元输入合成参数，该频率合成单元可以由一DDS实现，该频率合成单元采用cordic算法，利用三角函数算法计算得到抖动轮信号。频率合成单元的输出端连接幅值控制单元，幅值控制单元用于不断调节抖动轮信号的幅度，幅值控制单元的输出端连接仿真平台的第一输出端Sout1，该第一输出端Sout1用于输出抖动轮信号。采样单元的输出端还连接幅值控制单元，幅值控制单元的输出端还连接算法处理单元的输入端，算法处理单元用于实现cordic算法，通过抖动轮信号计算得到拍频信号，算法处理单元的输出端连接仿真平台的第二输出端Sout2，该第二输出端Sout2用于输出拍频信号。

当该系统中包括上位机时，第一参数输入单元向频率合成单元输入的合成参数可以由用户在上位机上进行配置，则第一参数输入单元中包括第一指令控制单元和第一参数寄存器，第一指令控制单元连接第一通讯接口从而连接上位机，第一指令控制单元还连接第一参数寄存器，第一指令控制单元的输出端还连接频率合成单元。第一指令控制单元用于识别用户输入的指令，第一指令控制单元可以根据用户的指令配置和修改参数并将参数发送给频率合成单元，第一指令控制单元还可以将参数保存在第一参数寄存器中，下一次使用参数时可以直接从参数寄存器中读取。另外当该系统中包括外部的存储器时，第一指令控制单元还连接第一总线接口从而连接存储器，第一指令控制单元还可以将参数保存在外部的存储器中，下一次使用参数时可以直接从外部的存储器中读取。因此第一指令控制单元用于实现参数配置、参数保存、参数修改、参数寄存器回读和外部存储器参数回读等功能。

请参考图3示出的第二仿真模组的结构图，第二仿真模组用于实现压电与光强仿真功能，第二仿真模组中包括交直流信号分离单元、第二参数输入单元、第一信号处理单元和第二信号处理单元。交直流信号分离单元的输入端连接仿真平台的第二输入端Sin2，测试主机通过该第二输入端Sin2向第二仿真模组发送输入信号，通常该输入信号会经过采样后送入第二仿真模组，交直流信号分离单元用于分离采样信号中的直流分量和交流分量，交直流信号分离单元的输出端分别连接第一信号处理单元和第二信号处理单元的输入端，交直流信号分离单元将直流分量输入第一信号处理单元、将交流分量输入第二信号处理单元，第二参数输入单元的输出端分别连接第一信号处理单元和第二信号处理单元的输入端，第一信号处理单元根据预定公式和输入的参数对直流分量计算得到压电信号，第一信号处理单元的输出端连接仿真平台的第三输出端Sout3，第三输出端Sout3用于输出压电信号。第二信号处理单元根据预定公式和输入的参数对交流分量计算得到光强信号，第二信号处理单元的输出端连接仿真平台的第四输出端Sout4，第四输出端Sout4用于输出光强信号。第一信号处理单元和第二信号处理单元中存储的预定公式为模拟陀螺模形状的二次函数图形曲线。

当该系统包括上位机和外部的存储器时，第二参数输入单元种包括第二指令控制单元和第二参数寄存器，第二指令控制单元连接第二通讯接口从而连接上位机，第二指令控制单元还连接第二参数寄存器，第二指令控制单元的输出端还分别连接第一信号处理单元和第二信号处理单元，第二指令控制单元还连接第二总线接口从而连接外部的存储器。第二指令控制单元的功能与工作原理可以参考第一指令控制单元，本申请对此不在赘述。

在本申请公开的系统中，第一仿真模组和第二仿真模组中通常还包括湿疹单元以及其他逻辑单元等，本申请对此不作一一介绍。

在一个示例性的例子中：输入信号X_DD_H为最大幅值±65V方波、占空比最大50％、频率400～700Hz可调的信号。

抖动轮部分，输入信号经过频率采样，获得信号的频率信息后，通过计算不同时刻的相位，经过DDS频率合成单元以输出一个完整的正弦信号，输出的正弦信号受外部的激励信号X_DD_H控制，X_DD_H为1个不连续的方波信号，从而输出的正弦信号也是不连续的，该正弦信号通过一个带通滤波器后即可输出抖动信号，抖动信号为有包络的正弦信号。

拍频部分，板内生成的抖动轮信号可直接经过cordic算法直接获得拍频信号，以X轴为例(其他轴相同)，抖动轮模拟输出角位移信号X_DOUS_2的波形可表示为x＝Kcos(ω_Dt)，其中f＝ω_D/2π取400～700Hz间一定值。则拍频信号XSIN、XCOS波形为

y_sin＝sin(x)＝sin[K cos(ω_Dt)]

y_cos＝cos(x)＝cos[K cos(ω_Dt)]

XSIN、XCOS波形频率为

其中，XSIN、XCOS波形最大频率f_max＝Kω_D/2π小于200KHz。

压电和光强部分，激光陀螺一个模的形状与开口向下的二次函数图形较为相似，故可将其抽象为二次函数模型，如I(v)＝-a(v-b)²+h，其中a决定模开口的大小即模两边的斜率，b决定开口的中心位置即模工作点的位置，h决定模的高度即输出光强的大小(3个参数可设)。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种激光陀螺惯导系统的测试系统，其特征在于，所述系统包括：仿真平台和测试主机，所述仿真平台的输入端和输出端分别连接所述测试主机，所述仿真平台的输入端包括第一输入端和第二输入端，所述仿真平台的输出端包括第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端，所述仿真平台包括第一仿真模组和第二仿真模组，所述第一仿真模组基于现场可编程门阵列FPGA，所述第二仿真模组基于数字信号处理DSP；

所述第一仿真模组中包括采样单元、频率合成单元、第一参数输入单元、幅值控制单元以及算法处理单元，所述采样单元的输入端连接所述仿真平台的第一输入端，所述采样单元的输出端连接所述频率合成单元，所述第一参数输入单元的输出端也连接所述频率合成单元，所述频率合成单元的输出端连接所述幅值控制单元，所述采样单元的输出端还连接所述幅值控制单元，所述幅值控制单元的输出端分别连接所述仿真平台的第一输出端以及所述算法处理单元的输入端，所述算法处理单元的输出端连接所述仿真平台的第二输出端，所述仿真平台用于通过所述第一输出端输出抖动轮信号，所述仿真平台用于通过所述第二输出端输出拍频信号；

所述第二仿真模组中包括交直流信号分离单元、第二参数输入单元、第一信号处理单元和第二信号处理单元，所述交直流信号分离单元的输入端连接所述仿真平台的第二输入端，所述交直流信号分离单元的输出端分别连接所述第一信号处理单元和所述第二信号处理单元的输入端，所述第二参数输入单元的输出端分别连接所述第一信号处理单元和所述第二信号处理单元的输入端，所述第一信号处理单元的输出端连接所述仿真平台的第三输出端，所述第二信号处理单元的输出端连接所述仿真平台的第四输出端，所述仿真平台通过所述第三输出端输出压电信号，所述仿真平台通过所述第四输出端输出光强信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统中还包括：上位机，所述仿真平台中还包括第一通讯接口和第二通讯接口，所述仿真平台通过所述第一通讯接口和所述第二通讯接口连接所述上位机；

所述第一参数输入单元中包括第一指令控制单元和第一参数寄存器，所述第一指令控制单元连接所述第一通讯接口，所述第一指令控制单元还连接所述第一参数寄存器，所述第一指令控制单元的输出端还连接所述频率合成单元；

所述第二参数输入单元种包括第二指令控制单元和第二参数寄存器，所述第二指令控制单元连接所述第二通讯接口，所述第二指令控制单元还连接所述第二参数寄存器，所述第二指令控制单元的输出端还分别连接所述第一信号处理单元和所述第二信号处理单元。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统中还包括：存储器，所述仿真平台中还包括第一总线接口和第二总线接口，所述仿真平台通过所述第一总线接口和所述第二总线接口连接所述存储器，所述第一指令控制单元连接所述第一总线接口，所述第二指令控制单元连接所述第二总线接口。

4.根据权利要求1至3任一所述的系统，其特征在于，所述频率合成单元采用cordic算法。