船用高精度石英撓性加速度計的信號采集.pdf

1、加速度計是慣性導航系統(tǒng)的核心元件之一，它敏感載體的加速度信息輸出與載體加速度成比例的信號。加速度計信號采集電路將加速度計輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，加速度計和加速度計測量電路的組合決定了慣性導航系統(tǒng)感知載體加速度的精度。對于船用慣性導航系統(tǒng)，相對于其他慣性導航系統(tǒng)又有其自身獨有的特性，其對加速度計的精度要求更高特別是長時間的穩(wěn)定性以及重復性要求更高，而對帶寬和動態(tài)范圍的要求相對較低。本課題旨在針對船用慣性導航系統(tǒng)的特點，設計出適用于船

2、用高精度石英撓性加速度計的精密信號采集系統(tǒng)。
　　本文針對船舶慣性導航系統(tǒng)的應用要求，比較了常用的I/F轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換等高精度加速度計信號采集方案，并根據(jù)船用慣性導航系統(tǒng)對加速度信號精度高、動態(tài)范圍大以及實時性好等要求確定了以高精度∑-△型模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1281為核心，并重新設計后級數(shù)字抽取濾波器的系統(tǒng)方案。依據(jù)系統(tǒng)要求，詳細分析了方案設計中超低噪聲運算放大器、高精度基準電壓源以及采樣電阻等關鍵器件對系統(tǒng)精度的影響，為關鍵器件

3、的選擇提供依據(jù)并完成了采集電路的原理以及PCB設計。充分考慮了在精密測量電路中許多不能忽視的有害效應，對電源系統(tǒng)、散熱屏蔽結構以及接地技術進行了詳細的分析和設計。為進一步提高轉(zhuǎn)換器的性能，減少噪聲并使轉(zhuǎn)換器輸出速率和導航系統(tǒng)吻合，重新設計后級數(shù)字抽取濾波器組，確定了以CIC濾波器+補償濾波器+FIR濾波器的三級濾波器級聯(lián)結構。濾波器借助Matlab工具箱進行設計并在FPGA中進行了實現(xiàn)，充分發(fā)揮FPGA的并行處理和資源優(yōu)勢，使其更加適合