基于DSP和CPLD的光纖陀螺信號采集系統(tǒng)設(shè)計

摘要：隨著光纖陀螺在空空導(dǎo)彈中的廣泛應(yīng)用，為了對其特性進(jìn)行深入研究，設(shè)計了一種光纖陀螺信號采集系統(tǒng)。硬件結(jié)構(gòu)采用了DSP+CPLD的方式，控制AD芯片完成多路光纖陀螺數(shù)據(jù)的采集。為了降低干擾對采集精度的影響，在硬件以及軟件方面進(jìn)行了抗干擾設(shè)計。通過對該系統(tǒng)的測試驗證，性能指標(biāo)滿足使用要求。本系統(tǒng)設(shè)計新穎、實用，操作簡單快捷。
關(guān)鍵詞：光纖陀螺；DSP；CPLD；信號采集系統(tǒng)

0 引言
光纖陀螺作為一種新型的慣性器件，近年來得到越來越多的關(guān)注，因為它有許多其他陀螺無法比擬的優(yōu)越性，比如結(jié)構(gòu)簡單，精度高，動態(tài)范圍大，抗電磁干擾，無加速度引起的漂移且成本低，可靠性好等。陀螺可以為載體提供準(zhǔn)確的角速度和角位移等信號，完成對運動體的姿態(tài)和運動軌跡控制。其優(yōu)良的品質(zhì)使自身能夠滿足軍工和民用對慣性器件苛刻的要求，并得到廣泛的應(yīng)用。
慣性器件的性能直接影響到控制系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性能，所以光纖陀螺被應(yīng)用到空空導(dǎo)彈中時，需要對陀螺的特性有充分的了解，為此構(gòu)建了一個陀螺采集系統(tǒng)，以實現(xiàn)對陀螺信號的采集及特性分析。

1 光纖陀螺的工作原理
光纖陀螺是激光陀螺的一種，其基本原理基于Sagnac效應(yīng)，即用光纖繞制成環(huán)柱形光路，光源發(fā)出的光經(jīng)過分束器分為兩束之后，送到光纖中，隨著陀螺的轉(zhuǎn)動，分別沿順時針和逆時針方向傳輸，經(jīng)過一周后，這兩束相反方向傳播的光回到分束器中形成干涉，當(dāng)光纖形成的環(huán)狀回路不轉(zhuǎn)動時，順、逆光程到達(dá)分束器的時間相等，兩束光的相位差為零；當(dāng)環(huán)狀回路轉(zhuǎn)動時，順、逆光程就產(chǎn)生差異，在一段時間內(nèi)分束器已從A點轉(zhuǎn)到了A’點，對順時針傳播的光束，當(dāng)它再次到分束器時多走了AA’的路程(如圖1所示)?？梢愿鶕?jù)兩束光的相位差來獲得回路轉(zhuǎn)動的角速度。光纖的檢測靈敏度和分辨率比激光陀螺提高了幾個數(shù)量級。

2 系統(tǒng)構(gòu)成及其工作原理
本文設(shè)計的信號采集系統(tǒng)通過雙口RAM實現(xiàn)上位機(jī)與DSP的通信，控制板采用DSP+CPLD的方式，控制AD芯片完成多路光纖陀螺數(shù)據(jù)的采集。系統(tǒng)工作流程為DSP接收到上位機(jī)通過雙口RAM傳來的采集指令，通過地址／數(shù)據(jù)總線與CPLD進(jìn)行通信，控制AD芯片對外部的多路陀螺信號進(jìn)行采集，之后通過雙口RAM送到上位機(jī)，上位機(jī)實現(xiàn)各種圖形界面操作和后端信號處理，對所采集的信號進(jìn)行分析。系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。