[发明专利]一种集成化核磁共振陀螺磁场闭环数字控制系统

说明书

本发明公开了一种集成化核磁共振陀螺磁场闭环数字控制系统，包括输入信号接口模块、模数转换芯片、FPGA模块、DSP模块、数模转换芯片、输出信号接口模块、通信接口模块。该装置通过输入信号接口模块和模数转换芯片获取核磁共振陀螺物理表头的光电检测信号，FPGA模块一方面对含有高频载波的光电检测信号进行一次解调得到平行分量和正交分量，另一方面对一次解调的平行分量进行二次解调，FPGA模块解调的数据传送给DSP模块，DSP模块按照一定的控制算法生成控制量，数模转换芯片和输出信号接口模块把控制量转换成模拟量传送到电流源电路，产生核磁共振陀螺线圈所需的控制电流，从而实现对核磁共振陀螺磁场的闭环控制，使得核磁共振陀螺控制装置的集成度大幅提高。

技术领域

本发明涉及一种集成化核磁共振陀螺磁场闭环数字控制系统，用于对核磁共振陀螺的三轴磁场的高精度控制，适用于高精度小体积的核磁共振陀螺样机，该控制装置同样适用于核磁共振陀螺等原子陀螺仪的其他物理量闭环控制。

背景技术

陀螺仪决定了惯导系统的成本和精度，核磁共振陀螺仪具备高精度和微小体积的优势，能够满足新一代高新技术武器装备发展的迫切需求。同时，核磁共振陀螺仪具备光学陀螺仪的精度，微机电陀螺仪的成本，对于惯性导航进入民用导航具有巨大的潜在价值。

核磁共振陀螺仪以磁场控制为主要的原子操控方式之一，磁场的操控精度决定了核磁共振陀螺仪内部参考的准确与稳定，同时，磁场闭环控制作为核磁共振陀螺仪跟踪系统转动信号的共振激励源和频率测量单元，其闭环控制的精度与陀螺仪输出性能指标，如精度、漂移、噪声特性等直接相关。

现有的核磁共振陀螺磁场闭环主要采用商用仪器在实验室中进行，而商用仪器本身存在限制：1、功能固化，不能灵活的针对核磁共振陀螺仪磁场闭环的需要进行改变；2、性能局限，一些需占用较多硬件资源的数字信号处理方法和控制方法难于应用；3、集成度低，不利于核磁共振陀螺仪整体体积的减小和功耗的降低。因此，一种集成化核磁共振陀螺磁场闭环数字控制系统是必需的。

集成化核磁共振陀螺磁场闭环数字控制系统的优点表现在：1、功能灵活，可随时针对核磁共振陀螺仪磁场闭环的需要进行功能的改变；2、性能优越，有充足的资源和计算能力处理先进复杂的信号处理和系统控制算法；3、集成度高，大幅度减小系统体积和功耗。这对于核磁共振陀螺磁场闭环功能的实现很有意义，大幅改进了现有系统并为系统的进一步改进奠定了基础。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服现有的基于通用仪器的核磁共振陀螺仪系统闭环带来的灵活性、性能、集成度方面的不足，提供一种高集成化的核磁共振陀螺仪磁场闭环控制系统。

本发明采用的技术方案为：一种集成化核磁共振陀螺磁场闭环数字控制系统，包括：

输入信号接口电路，与模数转换芯片相接，用于将载体系观测到的调制频率信号调理成0～2.3V的差分信号；

模数转换芯片，与FPGA模块相接，用于对陀螺共振调制频率信号进行采样，得到数字化的调制频率信号；

FPGA模块，与DSP模块相接，对模数转换芯片采样的数字化调制频率信号进行一次载波解调和二次核子谐振频率解调，得到DSP模块所需要的控制解调数据；

DSP模块，通过XINTF总线与FPGA模块进行通信，获取控制解调数据，DSP模块按照控制算法对解调数据进行控制和处理，生成三轴磁场线圈控制量，再通过XINTF总线通信把控制量传送给FPGA模块；

数模转换模块，与FPGA模块和输出信号接口电路相接，把三轴磁场线圈控制量转化为差分模拟信号；

输出信号接口电路，把差分模拟信号转换成电压为-1V～1V的单端信号，得到电流源电路所需要的驱动模拟量；