基于PC104的路谱测量系统的设计与实现

　　引言

　　姿态测量是惯性技术应用的一个重要领域，利用角敏感传感器测量载体的角运动信息，通过解算获取载体的运动姿态，包括航向、俯仰、横滚等姿态信息，用于载体的姿态测量、控制或跟踪中，广泛应用于空间飞行器、无人机、航空电子系统、平台稳定、资源勘探等领域。根据不同的应用领域和要求，姿态测量可以采用不同的测量手段以及不同的硬件配置。随着计算机技术的发展，现在一般采用捷联技术实现载体的三维姿态的测量。

　　在捷联系统中，由于坐标系的建立以及姿态的解算全部由计算机完成，因此计算机是系统的核心，特别是在姿态谱测量中由于更强调实时性和连续性，因此其对计算机的要求更高。目前在捷联系统中应用较多的计算机是PC104 和DSP。由于PC104 本身具有数据记录功能，且开发简单方便，因此其在捷联系统中得到了广泛的应用。本文将详细介绍一种基于PC104 的姿态测量系统应用于路谱测量时的信号处理电路的设计方法。

　　1、路谱测量系统简介

　　路谱测量系统是以某靶场各种自行武器动态模拟实验中自行武器路谱采集和复现的实际需要为背景，通过实时采集自行武器在各种典型路面上运动时的姿态谱信息，并在内场动态模拟实验时实时产生真实姿态谱激励信号并同时监控动态模拟系统的响应情况，以达到测试和评价自行武器上武器装备的运动性能的目的。

　　系统原理框图如图1 所示，主要由传感器模块和信号处理模块组成。其中传感器模块由三个机抖激光陀螺及其外围电路和一个双轴电子倾角仪构成，三个相互垂直安装的激光陀螺用于测量载体的三个姿态角，电子倾角仪用于系统的初始对准。信号处理模块由激光陀螺输出信号处理电路、姿态计算机与系统控制电路和角姿态模拟信号输出电路组成[1,2]，它是测量系统的核心部分。

　　传感器模块中每个机抖激光陀螺的输出信号是带有偏频信息和角姿态信息的双路数字频率信号，因此角姿态信号处理电路实现对三路陀螺输出的数字频率信号的处理和偏频解调，输出与角姿态信息成正比的数字信号，供姿态计算机求解和保存角姿态信息，求解得到的三个角姿态和瞬时角速率信息一方面通过RS-232C 串口输出到上位机，另一方面送给模拟信号输出电路转换为电压信号实时输出。

　　2、系统硬件设计

　　图1 中的信号处理模块除姿态计算机PC104 和数模转换电路外，其它功能均由FPGA 电路实现，系统的信号处理模块的主要结构如图2 所示。

　　2.1 PC104

　　PC104 是系统的核心部件，其主要功能是检测各传感器及其外围电路的工作状态;通过总线读入经过解调处理后的激光陀螺的输出数据;解算初始姿态角，实现初始对准;实时解算和保存载体的三个姿态角信息和三个瞬时角速率信息;实时将姿态信息通过通信接口传输给上位机和通过D/A 接口转换为对应的模拟量输出。