[发明专利]一种捷联式光纤陀螺惯导系统内部时序和对外同步设计方法

说明书

本发明涉及一种捷联式光纤陀螺惯导系统及内部时序和对外同步设计方法，系统解算板包括FPGA模块及DSP模块，光纤陀螺仪、用户设备及加速度计采集板均连接至系统解算板，光纤陀螺仪及加速度计采集板分别采集加速度信号及角速度信号并通过串口发送至系统解算板，系统解算板将信号通过DPS输出至用户设备的姿态信息接收模块。本发明设计了数据采集、锁存和转发的同步触发方法，确保陀螺仪和加速度计信息的同步性，提高系统的导航解算精度；同时，针对用户对特定时刻解算量的需求，采用FPGA及DSP设计对外同步信号的捕获、记录和处理方法，确保对外输出解算量的同步性，消除惯导系统动态运动时因对外不同步引起的导航解算输出误差。

技术领域

本发明属于兵器系统技术及导航定位技术领域，具体涉及一种捷联式光纤陀螺惯导系统内部时序和对外同步设计方法。

背景技术

近年来捷联式光纤陀螺惯导系统以其高可靠性、低功耗、高性价比等优势，成为导航定位领域的主流设备类型之一。对于低精度光纤陀螺惯导系统来说，只要保证陀螺仪和加速度计以较高的频率和实时性进行采样，即可满足导航解算的需求，但在中高精度光纤陀螺惯导系统中，陀螺仪和角速度计信息采样的时间差，会引起导航定位和姿态解算的显著误差，甚至导致系统精度超差，因此对陀螺仪、加速度计信号采集和处理需要进行严格的时序控制。

另外，舰船导航、伺服云台等某些特定的应用场合，惯导系统需要提供与外同步脉冲信号同时刻的导航解算信息，尤其是载体姿态信息。

因此，这就需要设计一种针外部信号的接收、处理和使用方法。上述所述内部信号时序和对外同步设计虽应对惯导系统的不同需求，但在具体实现上两者有密切的关联，因此本发明对这两种功能的设计方法一并阐述。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种捷联式光纤陀螺惯导系统内部时序和对外同步设计方法，针对该类型惯导系统的导航解算需求，设计了一种内部信号同步触发、锁存和处理机制，通过加速度计采集板生成1KHz同步触发脉冲，同时使用该脉冲控制陀螺仪和加速度计信号的发送、以及FPGA对信号的锁存和转发，确保了陀螺仪和加速度计信号的同步性，同时设计了一种外部信号同步计算和发送机制，通过FPGA捕获外部1Hz触发脉冲与200Hz解算时序间的偏移量，利用插值补偿的方法计算出与外部1Hz触发脉冲同步的导航解算量，并将该解算量按1Hz频率发送给用户设备。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种捷联式光纤陀螺惯导系统内部时序和对外同步设计方法，其特征在于：所述捷联式光纤陀螺惯导系统，其特征在于：包括光纤陀螺仪、加速度计采集板、系统解算板及用户设备，所述系统解算板包括FPGA模块及DSP模块，所述光纤陀螺仪、用户设备及加速度计采集板均连接至所述系统解算板，所述光纤陀螺仪及加速度计采集板分别采集加速度信号及角速度信号并通过串口发送至系统解算板，所述系统解算板将信号通过DPS输出至用户设备的姿态信息接收模块；

包括如下步骤：

1)光纤陀螺仪和加速度计信号同步设计

a、加速度计采集板内含高精度温补晶振，采用FPGA模块将所述晶振输出分频为1KHz作为内部同步采样时钟，并以此时钟的下降沿为基准，加速度计采集板和光纤陀螺仪分别采集前一时钟周期的加速度信号和角速度信号，通过串口发送至系统解算板；在某一同步时钟下降沿t时刻，采集t-1至t时刻的陀螺仪和加速度计信息G/A1，并在t时刻开始向系统解算板发送，通过合理设置发送波特率，确保数据在1ms内发送完毕；

b、系统解算板的FPGA模块接收加速度计采集板的1KHz同步时钟信号，同时以此时钟的下降沿为基准，锁存上一周期内接收到的陀螺仪和加速度计信号；FPGA模块在t+1时刻锁存G/A1、t+2时刻锁存G/A2，以此递推；