光纖陀螺類盲發(fā)變?yōu)V波滑窗長度的異步通信數(shù)據(jù)傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種適用于光纖陀螺的異步通信數(shù)據(jù)傳輸方法，更特別地說，是指一 種光纖陀螺類盲發(fā)變?yōu)V波滑窗長度的異步通信數(shù)據(jù)傳輸方法，屬于慣性測量單元的信號(hào)處 理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 慣性測量單元是導(dǎo)航、制導(dǎo)和控制系統(tǒng)的核心，主要由以下幾部分組成：陀螺傳感 器，用于敏感角速度或角度；加速度計(jì)傳感器，用于敏感比力，從而獲得速度、位置的變化 量；導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，用于處理陀螺和加速度計(jì)傳感器數(shù)據(jù)，形成系統(tǒng)解算所需信息，具體如圖 1所示。
[0003] 目前，廣泛應(yīng)用的基于Sagnac效應(yīng)的干涉式閉環(huán)光纖陀螺中，每隔一個(gè)T，閉環(huán) 輸出一個(gè)數(shù)據(jù)，τ為光通過整個(gè)光纖線圈的傳輸時(shí)間，一般為μ S級(jí)。由于實(shí)際繞環(huán)工藝、 溫度等外界影響因素，相同光纖線圈長度的不同光纖陀螺仍具有不同的τ值，即不同的光 纖陀螺具有不同采樣頻率的數(shù)據(jù)輸出，且輸出數(shù)據(jù)無法達(dá)到完全的時(shí)鐘同步。綜合后續(xù)的 導(dǎo)航解算效果，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)有其自行設(shè)定的數(shù)據(jù)采樣率，一般幾 ms輸出一次角速度信息， 且在不同的載體運(yùn)動(dòng)情況下，為盡可能的節(jié)省資源，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)以不同的采樣頻率采樣，實(shí) 際工程中某一姿態(tài)下的標(biāo)稱頻率會(huì)產(chǎn)生一定的抖動(dòng)。由于工程實(shí)際中光纖陀螺與導(dǎo)航計(jì)算 機(jī)各自生產(chǎn)調(diào)試，時(shí)鐘晶振一般不同，即使二者使用相同的時(shí)鐘晶振，溫度等外界因素引起 的晶振漂移、抖動(dòng)等也將導(dǎo)致二者產(chǎn)生時(shí)間上的同步誤差。由于X、Y、Z三軸光纖陀螺與導(dǎo) 航計(jì)算機(jī)互相時(shí)鐘異步，且光纖陀螺與導(dǎo)航計(jì)算機(jī)采樣率不同，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)變頻采樣，故導(dǎo) 航計(jì)算機(jī)不同的采樣周期內(nèi)對(duì)應(yīng)的光纖陀螺輸出數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)不同，具體如圖2所示，gx、gy、g z三條橫線分別代表三個(gè)軸（X軸、Y軸和Z軸）光纖陀螺的輸出時(shí)序，線上每一個(gè)節(jié)點(diǎn)表示閉 環(huán)輸出數(shù)據(jù)的時(shí)刻，tk、tk+1、tk+2表示導(dǎo)航計(jì)算機(jī)定時(shí)采樣時(shí)刻，采樣周期為h，1 1<至t k+1內(nèi) X軸光纖陀螺有三個(gè)輸出數(shù)據(jù)，而tk+1至t k+2內(nèi)X軸光纖陀螺僅有兩個(gè)輸出數(shù)據(jù)。從信號(hào)頻 域來說，在此異步通信變采樣率的情況下，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)接收信號(hào)的頻譜較原信號(hào)頻譜將發(fā) 生混疊。此外，光纖陀螺的振動(dòng)導(dǎo)致輸出信號(hào)中產(chǎn)生高頻噪聲，該噪聲使接收信號(hào)頻譜混疊 情況更加嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致姿態(tài)解算的誤差更大。
[0004] 綜上所述，對(duì)于工程實(shí)際中的捷聯(lián)慣性測量組合，時(shí)鐘的不同步、導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的變 頻率采樣及光纖陀螺的振動(dòng)都將導(dǎo)致光纖陀螺與導(dǎo)航計(jì)算機(jī)間數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生誤差，進(jìn)而直 接導(dǎo)致姿態(tài)解算產(chǎn)生誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種光纖陀螺類盲發(fā)變?yōu)V波滑窗長度的 異步通信數(shù)據(jù)傳輸方法，可以用于慣性測量單元中光纖陀螺與導(dǎo)航計(jì)算機(jī)間數(shù)據(jù)的傳輸。
[0006] 本發(fā)明的一種光纖陀螺類盲發(fā)變?yōu)V波滑窗長度的異步通信數(shù)據(jù)傳輸方法，將導(dǎo)航 計(jì)算機(jī)各采樣周期內(nèi)對(duì)應(yīng)的光纖陀螺輸出數(shù)據(jù)的均值傳輸給導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，既降低了時(shí)鐘異 步、導(dǎo)航計(jì)算機(jī)變頻率采樣及光纖陀螺振動(dòng)引起的數(shù)據(jù)誤差，又避免了光纖陀螺閉環(huán)輸出 數(shù)據(jù)的丟失即保留了最初的載體運(yùn)動(dòng)信息。具體實(shí)現(xiàn)步驟是：
[0007] 導(dǎo)航計(jì)算機(jī)根據(jù)其自身的采樣周期定時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，光纖陀螺接收到導(dǎo)航計(jì)算 機(jī)的觸發(fā)信號(hào)后對(duì)閉環(huán)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)累加，直至接收到下一觸發(fā)信號(hào)；將 計(jì)數(shù)值和累加值存入專門設(shè)立的寄存器中，原計(jì)數(shù)值、累加值清零并進(jìn)行新一周期的計(jì)數(shù)、 累加；對(duì)累加值寄存器中存入的累加值求平均，并將計(jì)算后的數(shù)據(jù)傳輸給導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，或?qū)?計(jì)數(shù)值和累加值直接傳輸給導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，由導(dǎo)航計(jì)算機(jī)進(jìn)行均值運(yùn)算。若無導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的 觸發(fā)信號(hào)，光纖陀螺也可根據(jù)需求自行定時(shí)，按一定周期自行產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，對(duì)各周期內(nèi)的 閉環(huán)輸出數(shù)據(jù)取平均后盲發(fā)給導(dǎo)航計(jì)算機(jī)。
[0008] 本發(fā)明的光纖陀螺的異步通信數(shù)據(jù)傳輸方法優(yōu)點(diǎn)在于：通過光纖陀螺中心處理器 中濾波器模塊實(shí)現(xiàn)了光纖陀螺向?qū)Ш接?jì)算機(jī)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)采樣定時(shí)主體的切換，滿足了導(dǎo)航 計(jì)算機(jī)變頻采樣的需求，減小了光纖陀螺與導(dǎo)航計(jì)算機(jī)異步通信變采樣率情況下數(shù)據(jù)傳輸 的頻譜混疊誤差，一定程度上抑制了光纖陀螺振動(dòng)誤差，降低了光纖陀螺及其敏感組件對(duì) 抗振性的要求。
【附圖說明】
[0009] 圖1是慣性測量單元的構(gòu)成框圖。
[0010] 圖2是光纖陀螺與導(dǎo)航計(jì)算機(jī)異步通信示意圖。
[0011] 圖3是本發(fā)明類盲發(fā)變?yōu)V波滑窗長度的異步通信數(shù)據(jù)傳輸方法的整體流程圖。
[0012] 圖4是本發(fā)明光纖陀螺數(shù)據(jù)盲發(fā)的時(shí)序圖。
[0013] 圖5是本發(fā)明光纖陀螺數(shù)據(jù)類盲發(fā)的時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0015] 本發(fā)明是一種光纖陀螺類盲發(fā)變?yōu)V波滑窗長度的異步通信數(shù)據(jù)傳輸方法，濾波器 模塊內(nèi)嵌在光纖陀螺或?qū)Ш接?jì)算機(jī)的中心處理器中，該中心處理器可選擇為FPGA處理器 芯片、DSP處理器芯片或者是單片機(jī)。本發(fā)明可根據(jù)導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的具體需求使光纖陀螺進(jìn)行 定時(shí)切換，當(dāng)光纖陀螺使用自身時(shí)鐘定時(shí)，盲發(fā)處理后的數(shù)據(jù)；當(dāng)光纖陀螺根據(jù)導(dǎo)航計(jì)算機(jī) 的時(shí)鐘定時(shí)，變?yōu)V波滑窗長度處理數(shù)據(jù)后再類盲發(fā)傳輸；導(dǎo)航計(jì)算機(jī)也可以接收光纖陀螺 全部閉環(huán)輸出數(shù)據(jù)后自行對(duì)其變?yōu)V波滑窗長度處理。以光纖陀螺通過FPGA處理器芯片作 為其中心處理器處理數(shù)據(jù)為例，本發(fā)明提供的異步通信數(shù)據(jù)傳輸方法具體包括以下步驟：
[0016] 第一步：光纖陀螺判斷是否有導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)，稱為外部觸發(fā)信號(hào)，如 圖3所示，若無外部觸發(fā)信號(hào)，光纖陀螺根據(jù)自身時(shí)鐘進(jìn)行數(shù)據(jù)盲發(fā)，執(zhí)行第二步；若有外 部觸發(fā)信號(hào)，根據(jù)該外部觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行類盲發(fā)變?yōu)V波滑窗長度數(shù)據(jù)處理，執(zhí)行第三步。
[0017] 第二步：無外部觸發(fā)信號(hào)，如圖4所示：光纖陀螺根據(jù)自身時(shí)鐘產(chǎn)生一個(gè)固定周期 的內(nèi)部定時(shí)信號(hào)，檢測到定時(shí)信號(hào)后，將定時(shí)信號(hào)周期內(nèi)的光纖陀螺的閉環(huán)輸出數(shù)據(jù)累加 得到累加值，同時(shí)對(duì)定時(shí)信號(hào)周期內(nèi)的閉環(huán)輸出數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)得到計(jì)數(shù)值；下一定 時(shí)信號(hào)到來后，將累加值和計(jì)數(shù)值分別存入累加值寄存器和計(jì)數(shù)值寄存器中，原累加值、計(jì) 數(shù)值清零并開始新一周期的累加、計(jì)數(shù)，圖中h為光纖陀螺內(nèi)部定時(shí)信號(hào)的周期，τ為光纖 陀螺閉環(huán)輸出數(shù)據(jù)的周期，Nq，Nq+1，Nq+2……為相應(yīng)