● 摘要
寻北仪是一种惯性仪表，它主要利用惯性器件(陀螺仪和加速度计)来测量地球自转角速度和重力加速度，经过解算得到固定于其上的参考轴向与真北方位的夹角，从而得到载体的某一固定轴向与北向的夹角。其中，陀螺仪是寻北系统的核心敏感元件，与传统的机械陀螺相比，光纤陀螺具有灵敏度高、预热时间短、重量轻、动态范围大、能量消耗低、造价低等优点，并且不受重力影响，更适合用于快速寻北系统。 本文以实际工程为背景，完成了光纤陀螺快速寻北系统硬件电路的研究，研制了寻北仪工程样机。对光纤陀螺寻北仪主要误差进行了理论分析和推导，确定以快速性和精度作为寻北仪首要技术指标，在此基础上着重论述了寻北仪硬件设计，硬件电路主要包括DSP最小系统、高精度转位控制电路、加速度计数字读出电路及基于FPGA设计实现的多种接口电路。寻北仪研制的核心工作是方位角的解算，完成这一过程需要大量的运算，考虑计算精度、速度以及成本，寻北仪中心处理器选用德州仪器公司的32位浮点DSP芯片TMS320VC33，本文以VC33为基础进行寻北仪硬件及其控制软件设计，并对硬件做了适当优化。分析了寻北仪IMU信号特点，提出采用过采样技术，以边沿和电平检测相结合的同步采集方式完成IMU数据采集，提高了IMU数据获取的可靠性。 最后，对寻北仪实验样机进行了测试，系统硬件电路工作稳定可靠，实现了寻北仪的功能，满足预期的设计指标，并为以后系统算法的升级和数据更新率的提高打下了良好的基础。