FIR数字低通滤波器 - Nios II实现二频机抖陀螺工作电路设计

这里采用FIR数字低通滤波器，如果FIR滤波器的系数对称，则具有精确、严格的线性相位，这正是实际导航应用所要求的。为了兼顾实时性和防止信号产生混迭，设定采样率为2 kHz，采用高阶FIR滤波器。

　　图2为1 s内采集的可逆计数器的输出信号，从图中可看出：有用信号已被抖动信号和量化噪声完全覆盖。图3为信号的功率谱，从图中可看到，抖动信号在功率谱中占很大分量(功率谱的最大值处的频率对应抖动频率)，还原出被测量信号必须对可逆计数器的输出信号进行低通滤波，以滤除抖动及其他杂散信号。图4为滤波后的脉冲输出，不同于图2，从图4中可清楚地看出：在2 000点(即1 s时间内)恒定地球转速下累计约15个信号脉冲。

　　

 

　　

 

　　

 

　　可编程逻辑器件为FIR滤波器的设计提供高灵活性，可采取多种结构，例如并行流水线结构、串行结构等。考虑到采样率相对不是很高，为节约系统资源，这里采用自行设计的串行结构滤波。

　　4 接口部分

　　由于陀螺工作的外界条件不同，陀螺工作的最佳参数可能也不相同，这就要求处理器能够根据需要实时调整测试电路参数，并实时监控电路和陀螺状态，对出现的问题能够自我感知。UART1为面向上位机的通讯接口，经电平转换后通过RS232线缆连接至计算机.它一方面接收计算机的控制参数，另一方面将采集的数据传至计算机。

　　4.1 抖动稳频控制

　　UART2与稳频板相连接，它对稳频电路的控制主要包括：(1)控制稳频电路的开启或关闭;(2)监测稳频是否异常;(3)实时读取光强和控制电压值。

　　而UART3是与抖动电路通讯的接口，它对抖动电路的控制主要包括：(1)控制抖动电路的开启或关闭;(2)监测抖动是否异常，监测抖动频率;(3)下载噪声表。UART2和UART3由于传输距离不是很长，设计中直接采用3.3 V电平，无需电平转换，经实际测试，没有出现误码，通讯稳定。

　　4.2 A/D转换和D/A转换部分

　　A/D转换部分负责采集温度、光强、控制电压等模拟信息，同时采集陀螺内部温度，实现温度补偿，该系统选用ADS8344。ADS8344是一款高性能、低功耗的16位的A/D转换器，内有高精度基准电压，最大采样频率为100 kHz，信噪比达84 dB，包含8个单端模拟输人通道(CH0～CH7)，参考电压VRFF范围为500 mV~VCC。ADS834通过三线SPI接口与Nios II处理器通讯。为了控制环形激光器的工作电流，D/A转换部分采用具有双路输出的12位D/A转换器AD5322，该器件具有超小体积，超小功耗的特点，完全与Nios II处理器SPI接口兼容。

　　5 实验及结论

　　按照上述设计结构，研制以嵌入式软核处理器Nios II为核心的二频机械抖动激光陀螺信号处理系统，并对某型国产二频机抖陀螺进行实际测试，测试数据如表1所示。

　　经长时间测试检验，系统运行稳定可靠，能够有效控制与监测陀螺的运行工作参数，达到预期设计要求。