非陀螺尋北儀信號處理電路的設計與實現(xiàn)

輸入信號s(t)首先經(jīng)過ADS809進行數(shù)字化。A／D采樣后的數(shù)據(jù)流進入數(shù)字混頻器HSP45116，在芯片內(nèi)數(shù)據(jù)流分成兩路分別與數(shù)字振蕩器的輸出相乘，實現(xiàn)正交變換。HSP45116是一款高性能的數(shù)字混頻器，最高工作時鐘頻率為33 MHz，片內(nèi)包含具有兩路正交輸出的數(shù)字控制振蕩器(NCO)和一個16位高速乘法器／累加器。圖6是HSP45116內(nèi)部的簡化原理框圖。

可以看出，芯片功能分3個主要部分：相位／頻率控制、sin／cos振蕩器和乘法器／累加器(CMAC)。相位／頻率控制由外部控制總線通過FPGA設置相位步進值實現(xiàn)NCO的頻率控制，相位累加器為32 b。相位累加器取高20 b輸出作為地址查找sin／cos表，于是NCO產(chǎn)生兩路正交分量sin和cos。在電路中，為實現(xiàn)中頻信號的正交解調(diào)，信號從Rin輸入，Iin置為0。
系統(tǒng)時鐘采用DDS(直接數(shù)字合成)形成，可以實現(xiàn)時鐘頻率、相位以較小分辨率進行改變，因為在系統(tǒng)要求中提到I路和R路輸出信號采樣率與被測調(diào)制信號碼元速率成整數(shù)倍關系，為了滿足這一點，系統(tǒng)時鐘同時提供給A／D變換器、HSP45116和HSP43220。另外，系統(tǒng)中還包括FPGA，主要用于對HSP45116和HSP43220的初始化和控制。
經(jīng)過HSP45116變換后輸出的兩路數(shù)字信號送入集成數(shù)字濾波器HSP43220進行數(shù)字濾波。HSP43220是一款具有線性相位特性的抽取數(shù)字濾波器(DDF)，其主要應用特點是高速率數(shù)據(jù)輸入、低速率輸出。DDF采用兩級串聯(lián)濾波器結構實現(xiàn)，兩級濾波器結合可獲得16384的信號抽取能力。信號輸出包括24 b信號數(shù)據(jù)流和DATA RDY信號線。根據(jù)系統(tǒng)要求，HSP43220在系統(tǒng)中的主要作用有三個方面：濾除數(shù)字正交混頻產(chǎn)生的二次諧波分量；靈活和大范圍的抽取因子設置解決輸出基帶信號采樣率與碼元速率的關聯(lián)問題；優(yōu)越的低通特性以及可編程通帶頻率設置。
濾波后的數(shù)字信號送入FPGA，在碼盤輸出的第一個零位信號到來時，F(xiàn)PGA在碼盤輸出的脈沖倍頻信號的控制線下不斷讀取輸出數(shù)據(jù)，并累加，在碼盤輸出的第二個零位信號到來時，停止數(shù)據(jù)采集和累加運算，并給出數(shù)據(jù)好信號，從而實現(xiàn)積分運算。DSP通過I／O口讀取到FPGA數(shù)據(jù)好信號后，讀出FPGA數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)，按式(4)計算出尋北儀零位的方位角。

3 結 語
給出了非陀螺尋北儀詳細的電路設計思路與具體實現(xiàn)過程。采用高性能的專用數(shù)字混頻器HSP45116和集成數(shù)字濾波器HSP43220來實現(xiàn)非陀螺尋北儀中加速度計輸出信號的正交運算和數(shù)字濾波，具有良好的信號混頻和正交解算性能，既能克服模擬電路固有的誤差和系統(tǒng)的不穩(wěn)定等不足，又減輕DSP的運算負擔，滿足非陀螺尋北儀所要求的高精度和快速性要求，從而使得非陀螺尋北技術由理論研究轉(zhuǎn)化為實用儀器裝備成為了可能。