基于DSP和CPLD的光纤陀螺信号采集系统设计

摘要：随着光纤陀螺在空空导弹中的广泛应用，为了对其特性进行深入研究，设计了一种光纤陀螺信号采集系统。硬件结构采用了DSP+CPLD的方式，控制AD芯片完成多路光纤陀螺数据的采集。为了降低干扰对采集精度的影响，在硬件以及软件方面进行了抗干扰设计。通过对该系统的测试验证，性能指标满足使用要求。本系统设计新颖、实用，操作简单快捷。
关键词：光纤陀螺；DSP；CPLD；信号采集系统

0 引言
光纤陀螺作为一种新型的惯性器件，近年来得到越来越多的关注，因为它有许多其他陀螺无法比拟的优越性，比如结构简单，精度高，动态范围大，抗电磁干扰，无加速度引起的漂移且成本低，可靠性好等。陀螺可以为载体提供准确的角速度和角位移等信号，完成对运动体的姿态和运动轨迹控制。其优良的品质使自身能够满足军工和民用对惯性器件苛刻的要求，并得到广泛的应用。
惯性器件的性能直接影响到控制系统本身的稳定性能，所以光纤陀螺被应用到空空导弹中时，需要对陀螺的特性有充分的了解，为此构建了一个陀螺采集系统，以实现对陀螺信号的采集及特性分析。

1 光纤陀螺的工作原理
光纤陀螺是激光陀螺的一种，其基本原理基于Sagnac效应，即用光纤绕制成环柱形光路，光源发出的光经过分束器分为两束之后，送到光纤中，随着陀螺的转动，分别沿顺时针和逆时针方向传输，经过一周后，这两束相反方向传播的光回到分束器中形成干涉，当光纤形成的环状回路不转动时，顺、逆光程到达分束器的时间相等，两束光的相位差为零；当环状回路转动时，顺、逆光程就产生差异，在一段时间内分束器已从A点转到了A’点，对顺时针传播的光束，当它再次到分束器时多走了AA’的路程(如图1所示)。可以根据两束光的相位差来获得回路转动的角速度。光纤的检测灵敏度和分辨率比激光陀螺提高了几个数量级。

2 系统构成及其工作原理
本文设计的信号采集系统通过双口RAM实现上位机与DSP的通信，控制板采用DSP+CPLD的方式，控制AD芯片完成多路光纤陀螺数据的采集。系统工作流程为DSP接收到上位机通过双口RAM传来的采集指令，通过地址／数据总线与CPLD进行通信，控制AD芯片对外部的多路陀螺信号进行采集，之后通过双口RAM送到上位机，上位机实现各种图形界面操作和后端信号处理，对所采集的信号进行分析。系统原理框图如图2所示。