[发明专利]基于角度传感器的动态角度采集装置

说明书

技术领域

本发明属于惯导测试技术领域，具体涉及一种基于角度传感器的动态角度采集装置。 

背景技术

高精度的转台主要用于惯导产品，星敏感器等产品的校准和某些弹上部件的运动仿真，转台所能达到的指标精度一定程度也反映了测试技术的发展水平。 

动态角位置，即运动中的回转体在某个指定时刻的实际角位置。时刻值和位置作为概念的构成因素，缺一不可。动态测角指的是处于回转中的运动体收到一个时间脉冲，于是把该时刻回转体自身角位置测量出来的过程。 

回转体的位置传感器一般为角度编码器或者感应同步器。二者均在转动过程中均发出可以辨别位置正弦波，要获得转台的角位置，就需要对正弦波进行处理转换。对于运动状态的转台来说，位置传感器在发出正弦波的同时依然在运动，当该正弦波被处理转换成位置值并传输出去时，转台已经处于另外的角位置，也就不是当前的动态角位置。动态角的测量误差主要是由于转台角速率和测角系统延时的乘积造成的，简称“速率引入误差”。 

目前，对于转台动态角采集的研究很有限且集中于低速状态（10°/s以下），上海技术物理研究所曾经尝试分析了利用线阵或者面阵CCD完成对动态角度测量的可行性，发现在总视场20°×20°、扫描镜转速10°/s的情况下已不能满2″的测角精度。 

同时由于技术壁垒，进口角度采集产品的动态角测量能力比较差。如目前国外增量式光电编码器的数据采集卡IK121（海德汉公司产品）为例。其 模拟采样周期为35μs（频率28.57k），计算机接收到读取动态测角数据的指令后所读取的角度值，总是上一个时刻刷新的角度值。由于读取指令和数表采样指令不能同步，时间的差值在0～35μs之间不定，这个时间段称为“盲区”，由此产生了由于速度的引入造成的动态测角误差。当转台以100°／s运动时，动态测角的“速度引入误差”在0～0.0035°（0～12.6）之间变化，该误差很大，不能满足精密测量，尤其是满足惯性器件动态校准的需要。 

国内自行研制的针对感应同步器的测角系统，其采样频率集中于10～20k之间，意味着其数据刷新时间在50～100μs之间，显然也不能满足动态测角的需求。 

综上所述，现有的角度采集产品主要针对静态角度，使用于动态角度的测量时，其精度不高。而专门针对对动态角度的测量宽转速范围的动态角位置测量的系统精度不高，无法满足惯导动态角度测试对动态测量精度的要求。 

发明内容

本发明的目的是提供一种能够满足惯导动态角度测试对动态测量精度要求的基于角度传感器的动态角度采集装置。 

本发明是这样实现的： 

一种基于角度传感器的动态角度采集装置，包括数字信号处理器、高速轴角模数转换器、同步脉冲发生器、全局时钟信号发生器和数据处理中心；其中，全局时钟信号发生器产生全局时钟信号，并将其同步发送给数字信号处理器和高速轴角模数转换器； 

同步脉冲发生器在动态测角的时刻产生同步脉冲，并将其发送给数字信号处理器、高速轴角模数转换器和被测试品； 

数字信号处理器接受来自全局时钟信号发生器的全局时钟信号、来自同步脉冲发生器的同步脉冲信号和来自高速轴角模数转换器处理后的角度传感器数字信号θ和采样延时补偿信号，并在全局时钟信号的控制下，向高速轴 角模数转换器发送读取命令，并读取来自高速轴角模数转换器在同步脉冲信号到达时刻的角度传感器数字信号θ，根据来自角度传感器数字信号的采样延时补偿信号与同步脉冲信号的时间差t_delay，对角度传感器数字信号θ进行时间补偿，得到补偿后的角度传感器数字信号θ₁；然后将补偿后的角度传感器数字信号θ₁发送给数据处理中心； 

高速轴角模数转换器接收来自角度传感器的信号、自全局时钟信号发生器的全局时钟信号、来自同步脉冲发生器的同步脉冲信号、来自数字信号处理器发送的读取命令，在全局时钟信号的控制下，对接收到的角度传感器信号进行模数转换，得到角度传感器数字信号θ，然后将其发送给数字信号处理器； 

数据处理中心分别与数字信号处理器和被测试品连接，数据处理中心接收来自数字信号处理器发送的补偿后的角度传感器数字信号θ₁、来自被测试品的自身测量得到的角位置信号，将上述两类信息按照接收的时间顺序进行排序并存储，以备用户后续对被测试品自身的测量精度进行分析。 

如上所述的全局时钟信号发生器采用无源晶振实现，时钟频率在10～30MHz范围内。 

如上所述的同步脉冲发生器可采用GPS时钟实现。