非陀螺尋北儀信號處理電路的設計與實現

高精度尋北儀可以分為傳統的陀螺儀尋北儀和非陀螺尋北儀兩類。利用陀螺儀尋北的方法受陀螺儀本身的精度和成本的限制，很難做到高精度和低成本并存。而利用高精度的加速度計研制非陀螺尋北儀則可突破這一局限，并可實現高精度、自動化、快速化尋北，從而成為尋北儀研究的一個新的技術方向。許多參考文獻對該尋北原理和信號處理的方法進行了大量的仿真研究，但對電路的具體實現進行研究的較少，本文是進行該尋北儀電路構成的設計。

1 非陀螺尋北原理
非陀螺尋北的原理是將一只加速度計安裝在恒速轉臺上，以轉臺邊緣的某個切點為參考點(相對運動)，其切向速度與地球自轉角速度的北向分量形成復合運動產生哥氏加速度。通過轉臺動態調制，地球自轉角速度的北向分量與該點上切向速度復合生成的哥氏加速度輸出為一正弦信號，利用高精度的石英撓性加速度計檢測出該正弦信號的峰值所對應的相位，即為地球上所在位置的正北方向，從而實現尋北。其基本原理如圖1所示。

設轉臺的轉速為Ω，加速度計測量軸IA垂直向上，距離轉臺軸的偏心距為ρ，ωN為地球速率的北向分量。
加速度計實際輸出為：
a=f+FMcos(Ωt-ψ)+ω (1)
式中：f=-g+a0，a0為加速度計的零偏，g為重力加速度；ω為輸出噪聲；FM=2ΩoωN，為最大Coriolis加速度；ψ為轉臺的初始方位角。
上述信號的直流部分通過交流放大器可以濾掉。已知10和ωN為常值；另外，通過鎖相回路將編碼器和電動機閉環，使Ω保持恒定，所以FM為常值。利用編碼器的基準脈沖，對正弦信號進行同步檢波，就能計算出初始方位角ψ。設：