[发明专利]一种金属谐振陀螺快速起振系统及方法

权利要求书

1.一种金属谐振陀螺快速起振系统，其特征在于：包括谐振子、缓冲电路、第一低通滤波模块LPF1、第二低通滤波模块LPF2、模数转换模块AD、FPGA主控芯片、数模转换模块DA和扫频模块，所述缓冲电路的输入端与谐振子的第一输出端相连，所述低通滤波模块的第一输入端与谐振子的第二输出端相连，低通滤波模块的第二输入端与缓冲电路的输出端相连，所述模数转换模块AD的输入端与低通滤波模块的输出端相连，所述FPGA主控芯片的输入端与模数转换模块AD的输出端相连，所述数模转换模块DA的输入端与FPGA主控芯片的第一输出端相连，所述第二低通滤波模块LPF2的输入端与数模转换模块DA的输出端相连，所述扫频模块的输入端与FPGA主控芯片第二输出端相连，所述扫频模块的输出端及第二低通滤波模块LPF2的输出端与谐振子的输入端相连；

所述FPGA主控芯片内包括激励检测信号解调模块、FIR滤波模块、数字锁相环模块、数字DDS模块及调制模块，所述激励检测信号解调模块的第一输入端与模数转换模块AD的输出端相连，所述FIR滤波模块的输入端与激励检测信号解调模块的输出端相连，所述数字锁相环模块的输入端与FIR滤波模块的输出端相连，所述数字DDS模块的输入端与数字锁相环模块的输出端相连，所述调制模块的输入端与数字DDS模块的第一输出端相连，数字DDS模块的第二输出端与激励检测信号解调模块的第二输入端相连，数字DDS模块的第三输出端与扫频模块的输入端相连，所述调制模块的输出端与数模转换模块DA的输入端相连。

2.一种金属谐振陀螺快速起振方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、扫频模块对谐振子进行扫频；

步骤2、模数转换模块AD对谐振子产生的激励信号及幅度检测信号进行采集，然后将激励信号及幅度检测信号的数字量传输到FPGA主控芯片；

步骤3、FPGA主控芯片对激励信号及幅度检测信号进行处理输出新的激励信号；

步骤4、数模转换模块DA将新的激励信号转化为转换成模拟信号，模拟激励信号再通过低通滤波器滤波后作用到谐振子上；

所述步骤1的具体实现方法为：

数字DDS模块向扫频模块输出频率，扫频模块根据程序中设定固定的扫频频率初值f₀、频率范围f_s及扫频步长f_step对谐振子进行扫频，当数模转换模块DA输出激励信号频率值大于设定阈值时，扫频程序会被重置，从扫频频率初值f₀重新开始扫频；

所述步骤3的具体实现方法为：

在FPGA主控芯片内得到激励信号及幅度检测信号的数字量后，激励检测信号解调模块根据数字DDS模块产生的sin基准和cos基准信号，对激励信号和幅度检测信号进行乘法解调，得到激励信号和幅度检测信号的二倍频信号和直流信号，然后激励信号和幅度检测信号的二倍频信号和直流信号通过FIR滤波模块，FIR滤波模块对二倍频信号进行滤除，提取激励信号和幅度检测信号的直流信息，其中FIR滤波模块通过调用FPGA主控芯片内部集成IP核，对中心频率、截止频率、通带带宽及滤波器阶数等参数的配置，修改或优化滤波效果，得到激励信号和幅度检测信号的直流信息后，数字锁相环模块对激励信号和幅度检测信号进行相位计算，数字锁相环模块调用FPGA主控芯片内集成的反正切IP核，提取激励检测信号的相位信息，进而获得激励信号和检测信号的相位差，数字锁相环模块通过第一PID控制算法将激励信号和检测信号的相位差与90°做差并将结果作为频率控制误差信号，控制数字DDS模块实时追踪谐振子的谐振频率并实现激励信号与检测信号的相位锁定，调制模块将所述数字锁相环模块输出的激励信号和检测信号的相位差经第二PID算法得到的信号与数字DDS模块产生的基准信号进行相乘得到新的激励信号。

3.根据权利要求2所述的金属谐振陀螺快速起振方法，其特征在于：所述数模转换模块DA输出的激励信号频率变化范围为当数模转换模块DA输出激励信号频率值大于f₀+f_s时，扫频程序会被重置，从扫频频率初值f₀重新开始扫频。

4.根据权利要求2所述的金属谐振陀螺快速起振方法，其特征在于：所述步骤2中谐振子输出的幅度检测信号先经过缓冲电路确保检测信号的真实性，然后再由第一低通滤波模块LPF1滤波后进入模数转换模块AD，谐振子输出的激励信号先经过第一低通滤波模块LPF1滤波后进入模数转换模块AD。