[发明专利]一种金属谐振陀螺快速起振系统及方法

说明书

本发明涉及一种金属谐振陀螺快速起振系统及方法，其技术特点包括：扫频模块对谐振子进行扫频；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；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；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。本发明设计合理，能够实现金属谐振陀螺在大范围频率变化条件下快速稳定起振功能，提高了陀螺的可靠性。

技术领域

本发明属于惯性仪表控制技术领域，涉及一种金属谐振陀螺力反馈工作模式，尤其是金属谐振陀螺快速起振系统及方法。

背景技术

金属谐振陀螺仪是一种结构简单、寿命长、可靠性高、启动时间短的固体波动陀螺，在惯性导航领域具有广阔的应用前景。金属谐振陀螺仪的核心敏感元件为谐振子，由于结构、加工、材料等因素，谐振子的谐振频率通常是不同的。

谐振子实质上是一个带通滤波器，具有选频特性，输入信号只有在谐振子的谐振频率附近时才能通过谐振子，并且该输入信号通过后会产生90°的相位延迟。而当输入信号的频率与谐振子谐振频率相差较大时，该信号通过谐振子会被衰减，进而不能通过谐振子。因此，要维持谐振子持续工作在谐振状态，频率控制回路产生的激励信号要保持90°的相位超前。

谐振子在起振前，需要驱动电路提供激励信号，保证谐振子能够正常起振。数字电路通常驱动金属谐振陀螺的方法为扫频，首先要通过其他途径获取谐振子的谐振频率，然后经数字DDS模块产生在设定频率范围内不断扫频的激励信号，从而使得激励信号的频率等于谐振子的谐振频率，实现陀螺起振。但是当各个谐振子谐振频率相差较大时，则需要扩大扫频范围或修改数字电路程序，扩大扫频范围则面临扫频时间变长，导致金属谐振陀螺无法快速进入稳定的工作状态，而修改数字电路程序则对后期测试等工作造成诸多不便，制约了陀螺的工程化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种能适应大范围频率变化条件下的谐振子快速稳定起振系统及方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种金属谐振陀螺快速起振系统，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。

而且，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。

一种金属谐振陀螺快速起振方法，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。