非陀螺寻北仪信号处理电路的设计与实现

高精度寻北仪可以分为传统的陀螺仪寻北仪和非陀螺寻北仪两类。利用陀螺仪寻北的方法受陀螺仪本身的精度和成本的限制，很难做到高精度和低成本并存。而利用高精度的加速度计研制非陀螺寻北仪则可突破这一局限，并可实现高精度、自动化、快速化寻北，从而成为寻北仪研究的一个新的技术方向。许多参考文献对该寻北原理和信号处理的方法进行了大量的仿真研究，但对电路的具体实现进行研究的较少，本文是进行该寻北仪电路构成的设计。

1 非陀螺寻北原理
非陀螺寻北的原理是将一只加速度计安装在恒速转台上，以转台边缘的某个切点为参考点(相对运动)，其切向速度与地球自转角速度的北向分量形成复合运动产生哥氏加速度。通过转台动态调制，地球自转角速度的北向分量与该点上切向速度复合生成的哥氏加速度输出为一正弦信号，利用高精度的石英挠性加速度计检测出该正弦信号的峰值所对应的相位，即为地球上所在位置的正北方向，从而实现寻北。其基本原理如图1所示。

设转台的转速为Ω，加速度计测量轴IA垂直向上，距离转台轴的偏心距为ρ，ωN为地球速率的北向分量。
加速度计实际输出为：
a=f+FMcos(Ωt-ψ)+ω (1)
式中：f=-g+a0，a0为加速度计的零偏，g为重力加速度；ω为输出噪声；FM=2ΩoωN，为最大Coriolis加速度；ψ为转台的初始方位角。
上述信号的直流部分通过交流放大器可以滤掉。已知10和ωN为常值；另外，通过锁相回路将编码器和电动机闭环，使Ω保持恒定，所以FM为常值。利用编码器的基准脉冲，对正弦信号进行同步检波，就能计算出初始方位角ψ。设：