基于DSP和CPLD的光纖陀螺信號采集系統設計

摘要：隨著光纖陀螺在空空導彈中的廣泛應用，為了對其特性進行深入研究，設計了一種光纖陀螺信號采集系統。硬件結構采用了DSP+CPLD的方式，控制AD芯片完成多路光纖陀螺數據的采集。為了降低干擾對采集精度的影響，在硬件以及軟件方面進行了抗干擾設計。通過對該系統的測試驗證，性能指標滿足使用要求。本系統設計新穎、實用，操作簡單快捷。
關鍵詞：光纖陀螺；DSP；CPLD；信號采集系統

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注，因為它有許多其他陀螺無法比擬的優越性，比如結構簡單，精度高，動態范圍大，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確的角速度和角位移等信號，完成對運動體的姿態和運動軌跡控制。其優良的品質使自身能夠滿足軍工和民用對慣性器件苛刻的要求，并得到廣泛的應用。
慣性器件的性能直接影響到控制系統本身的穩定性能，所以光纖陀螺被應用到空空導彈中時，需要對陀螺的特性有充分的了解，為此構建了一個陀螺采集系統，以實現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，即用光纖繞制成環柱形光路，光源發出的光經過分束器分為兩束之后，送到光纖中，隨著陀螺的轉動，分別沿順時針和逆時針方向傳輸，經過一周后，這兩束相反方向傳播的光回到分束器中形成干涉，當光纖形成的環狀回路不轉動時，順、逆光程到達分束器的時間相等，兩束光的相位差為零；當環狀回路轉動時，順、逆光程就產生差異，在一段時間內分束器已從A點轉到了A’點，對順時針傳播的光束，當它再次到分束器時多走了AA’的路程(如圖1所示)。可以根據兩束光的相位差來獲得回路轉動的角速度。光纖的檢測靈敏度和分辨率比激光陀螺提高了幾個數量級。

2 系統構成及其工作原理
本文設計的信號采集系統通過雙口RAM實現上位機與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據的采集。系統工作流程為DSP接收到上位機通過雙口RAM傳來的采集指令，通過地址／數據總線與CPLD進行通信，控制AD芯片對外部的多路陀螺信號進行采集，之后通過雙口RAM送到上位機，上位機實現各種圖形界面操作和后端信號處理，對所采集的信號進行分析。系統原理框圖如圖2所示。