[发明专利]采用DSP与FPGA的微半球谐振陀螺控制及信号检测系统和方法

说明书

本发明提供了一种采用DSP与FPGA的微半球谐振陀螺控制及信号检测系统和方法，其中：FPGA系统负责微半球谐振陀螺输入信号的捕捉和初步处理，并将初步处理后的输入信号输入给DSP芯片；DSP芯片对初步处理后的输入信号进行数字滤波以及数字解调，并将数字滤波以及数字解调后生成的信号输出至FPGA系统，再通过FPGA系统的D/A模块反馈转化为模拟量反馈给微半球谐振陀螺，其中反馈包括微半球谐振陀螺信号的频率和相位、幅值的多种反馈。本发明可以低成本、高速度、高集成度，适合处理微半球谐振陀螺高频率、高精度的多路信号。

技术领域

本发明涉及微机电(MEMS)系统技术领域，具体地说，涉及采用DSP与FPGA的微半球谐振陀螺控制及信号检测系统和方法及方法。

背景技术

陀螺仪作为一种载体角速度敏感惯性传感器，在航空、航天、船舶等传统工业领域的姿态控制和导航定位等方面有着非常重要的作用。MEMS微半球谐振陀螺具有尺寸质量小、功耗低、成本低、环境适应性好、集成度高等优点。

随着我国经济的发展，我国在军事、工业及消费电子等领域对高性能、小尺寸、高可靠性的MEMS微半球谐振陀螺的需求正变得日益迫切。

半球谐振陀螺是振动式陀螺的一种，但是与大多数振动陀螺仪相比有着很大的优势：从整体结构上而言，其在振动过程中其应力分布更为均匀，更不容易发生破碎；从具体结构而言，半球形结构的对称性能更好，驱动与检测模态的频率分裂更小，振动的品质因数更高。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供采用DSP与FPGA的微半球谐振陀螺控制及信号检测系统和方法及方法，解决半球谐振陀螺电路控制以及信号检测方案精度较低、漂移大、成本高等等不足。

为实现以上目的，本发明的技术方案是：

根据本发明的第一方面，提供一种采用DSP与FPGA的微半球谐振陀螺控制及信号检测系统，所述系统包括：

一个微半球谐振陀螺，其上具有多个电极，且多个电极按不同功能通过导线引出连接至FPGA系统的多路A/D模块与D/A模块上；

一个连接有多路A/D模块以及D/A模块的FPGA系统；

一个通过总线与FPGA系统相连的DSP芯片；

其中：微半球谐振陀螺是整个系统的控制对象，同时也是检测对象；FPGA系统负责微半球谐振陀螺输入信号的捕捉和初步处理，并将初步处理后的输入信号输入给DSP芯片；DSP芯片对初步处理后的输入信号进行数字滤波以及数字解调，并将数字滤波以及数字解调后生成的信号输出至FPGA系统，再通过FPGA系统的D/A模块反馈转化为模拟量反馈给微半球谐振陀螺，其中反馈包括微半球谐振陀螺信号的频率和相位(数字PLL)、幅值(数字AGC)的多种反馈。

本发明通过在微半球谐振陀螺的多个电极上施加信号并进行检出，通过微半球谐振陀螺各个电极的信号输入进DSP芯片与FPGA系统进行解调反馈，从而对整体信号进行分析，使得在微半球谐振陀螺稳定状态进行工作，完成对微半球谐振陀螺信号的控制与检测，得到微半球谐振陀螺最终角速度信号。

优选的，所述的微半球谐振陀螺上的电极按功能分为驱动电极、检测电极、监测电极、平衡电极，其中：驱动电极以及平衡电极负责接收FPGA系统的反馈信号，检测电极以及监测电极负责向DSP芯片与FPGA系统输出微半球谐振陀螺的控制驱动信号。

优选地，所述的微半球谐振陀螺的中心频率在百kHz量级。

优选的，所述的FPGA系统中：A/D模块与微半球谐振陀螺的检测电极以及监测电极相连，D/A模块与微半球谐振陀螺的驱动电极以及平衡电极相连。

更优选的，所述的A/D模块与D/A模块的频率至少在10MHz量级。