單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)信號傳輸裝置及單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)信號傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)信號傳輸裝置及單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)信號傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了提高慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度，一般采用旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)技術(shù)以補(bǔ)償慣性元件漂移對導(dǎo)航精度的影響。該技術(shù)相當(dāng)于在慣導(dǎo)系統(tǒng)的外部添加旋轉(zhuǎn)和控制機(jī)構(gòu)，使慣性元件在慣導(dǎo)系統(tǒng)的一個轉(zhuǎn)動周期內(nèi)產(chǎn)生的常值漂移與導(dǎo)航產(chǎn)生的誤差相互抵消。然而目前該旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)技術(shù)中普遍采用的用以傳輸供電信號和數(shù)據(jù)信號的導(dǎo)電滑環(huán)在旋轉(zhuǎn)時電刷觸點與環(huán)體接觸并產(chǎn)生摩擦，因而導(dǎo)致采用該技術(shù)的旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)具有壽命低、抗電磁干擾差、信號傳輸帶寬窄等問題，愈發(fā)不能適應(yīng)設(shè)備發(fā)展的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種采用無線光通信以實現(xiàn)非接觸的信號傳輸?shù)膯屋S旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)信號傳輸裝置及單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)信號傳輸方法。
[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)信號傳輸裝置，旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的固定端以及旋轉(zhuǎn)端均設(shè)置有信號轉(zhuǎn)換模塊；所述固定端處的信號轉(zhuǎn)換模塊與旋轉(zhuǎn)端處的信號轉(zhuǎn)換模塊為無線光通信連接；所述信號轉(zhuǎn)換模塊設(shè)置有電/光轉(zhuǎn)換單元以及光/電轉(zhuǎn)換單元以實現(xiàn)光信號與電信號之間的相互轉(zhuǎn)換。
[0005]具體的，所述信號轉(zhuǎn)換模塊通過所述電/光轉(zhuǎn)換單元將電信號轉(zhuǎn)換為光信號進(jìn)行傳輸，所述信號轉(zhuǎn)換模塊通過所述光/電轉(zhuǎn)換單元將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號。
[0006]優(yōu)選的，本發(fā)明的單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)信號傳輸裝置還包括發(fā)射天線以及接收天線用以對光信號進(jìn)行發(fā)射及接收。
[0007]優(yōu)選的，所述發(fā)射天線設(shè)置于所述電/光轉(zhuǎn)換單元輸出端，所述發(fā)射天線包括凹透鏡，用以對光束擴(kuò)束、保證該光束以一定的發(fā)散角發(fā)射；所述接收天線設(shè)置于所述光/電轉(zhuǎn)換單元輸入端，所述接收天線包括凸透鏡以及濾光片，用以對接收到的光束聚攏并濾波，可以將所述凸透鏡以及濾光片依次設(shè)置于所述光/電轉(zhuǎn)換單元輸入端，光束經(jīng)凸透鏡的聚攏處理后由所述濾光片進(jìn)行濾波處理。
[0008]優(yōu)選的，所述信號轉(zhuǎn)換模塊還包括FPGA單元，所述FPGA單元分別與所述電/光轉(zhuǎn)換單元以及光/電轉(zhuǎn)換單元連接，用以將多路電信號編碼為一路串行電信號并傳輸給所述電/光轉(zhuǎn)換單元、將所述光/電轉(zhuǎn)換單元輸出的一路串行電信號編碼為多路電信號。
[0009]優(yōu)選的，所述信號轉(zhuǎn)換模塊還包括接口電平轉(zhuǎn)換單元，所述接口電平轉(zhuǎn)換單元設(shè)置于所述FPGA單元的輸入端用以將所述多路電信號轉(zhuǎn)換為所述FPGA單元可接收的電平格式。
[0010]優(yōu)選的，所述電/光轉(zhuǎn)換單元包括電平轉(zhuǎn)換電路、激光器驅(qū)動電路以及激光器，所述電平轉(zhuǎn)換電路、激光器驅(qū)動電路以及激光器依次連接，所述電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)置于所述FPGA單元與激光器驅(qū)動電路之間用以將信號電平轉(zhuǎn)換至兩端電路端口所允許的范圍內(nèi)，再由所述激光器驅(qū)動電路將接收到的電信號放大并調(diào)制，以保證所述激光器依調(diào)制信號序列發(fā)光，特別的，所述激光器可以采用半導(dǎo)體激光器。
[0011]優(yōu)選的，所述光/電轉(zhuǎn)換單元包括光電探測器、線性放大電路、限幅放大電路、時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路，所述光電探測器、線性放大電路、限幅放大電路、時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路依次連接，所述光電探測器將探測到的信號傳輸給所述線性放大電路并由線性放大電路將該信號放大，再由所述限幅放大電路限定在其輸出端電路可接收的范圍內(nèi)。
[0012]優(yōu)選的，所述線性放大電路包括用于信號幅值放大的高倍數(shù)放大子電路以及用于阻抗匹配及緩沖的低倍數(shù)放大子電路，作為一種優(yōu)選，所述線性放大電路采用高速線性放大器。
[0013]優(yōu)選的，本發(fā)明的單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)信號傳輸裝置還包括系統(tǒng)時鐘，所述系統(tǒng)時鐘與FPGA單元連接用以控制該FPGA單元內(nèi)部時序以作為編碼的同步基準(zhǔn)。
[0014]優(yōu)選的，本發(fā)明的單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)信號傳輸裝置還包括內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換電路，該設(shè)計使得僅輸入一直流電即可實現(xiàn)內(nèi)部的各元器件的供電。
[0015]本發(fā)明還提供了一種單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)信號傳輸方法，該方法包括以下步驟:
[0016]S1、將待傳輸?shù)碾娦盘栟D(zhuǎn)換為光信號；
[0017]S2、將步驟SI中轉(zhuǎn)換得到的光信號通過無線光通信方式在旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的固定端以及旋轉(zhuǎn)端之間傳輸；
[0018]S3、將步驟S2中傳輸?shù)玫降墓庑盘栟D(zhuǎn)換為電信號。
[0019]本發(fā)明的單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)信號傳輸裝置及單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)信號傳輸方法采用無線光通信的信號傳輸方式，以激光為信號載體，以大氣空間為傳輸介質(zhì)，有效避免了接觸性摩擦可能會引起的設(shè)備損耗的現(xiàn)象的發(fā)生，同時具有抗電磁干擾性強(qiáng)、傳輸速度快及傳輸頻帶寬的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)中的信號傳輸裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明的單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)信號傳輸裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3為本發(fā)明的單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)信號傳輸裝置的光路傳輸示意圖。
[0024]圖4為本發(fā)明的信號轉(zhuǎn)換模塊的原理圖。
[0025]圖5為本發(fā)明的電/光轉(zhuǎn)換單元的電路圖。
[0026]圖6為本發(fā)明的光/電轉(zhuǎn)換單元的電路圖。
[0027]圖7為本發(fā)明的單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)信號傳輸方法的示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面參照附圖來說明本發(fā)明的實施例。在本發(fā)明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或者更多個其他附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述。
[0029]如圖1所示，為現(xiàn)有技術(shù)中旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)中的信號傳輸裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I為旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航計算機(jī)，2為導(dǎo)電滑環(huán)，3為旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)預(yù)處理電路。該導(dǎo)電滑環(huán)2與導(dǎo)航計算機(jī)I及旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)預(yù)處理電路3均為電性連接及信號連接。具體的，導(dǎo)電滑環(huán)2分別與導(dǎo)航計算機(jī)I及旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)預(yù)處理電路3電性連接以向?qū)Ш接嬎銠C(jī)I及旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)預(yù)處理電路3供電，此外，導(dǎo)電滑環(huán)2分別與導(dǎo)航計算機(jī)I及旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)預(yù)處理電路3信號連接以實現(xiàn)導(dǎo)航計算機(jī)I及旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)預(yù)處理電路3之間的數(shù)據(jù)傳輸。導(dǎo)電滑環(huán)2可以由外部的電源供電并旋轉(zhuǎn)，然而在旋轉(zhuǎn)過程中電刷觸點不斷與環(huán)體接觸并產(chǎn)生摩擦，不可避免會產(chǎn)生壽命低、抗電磁干擾差、信號傳輸帶寬窄等問題。
[0030]為了在避免接觸性摩擦的前提下實現(xiàn)距離較近且相對旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)之間的信號傳輸，本發(fā)明采用了無線光通信的信號傳輸方式，為了實現(xiàn)該信號傳輸方式，本發(fā)明在旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的固定端以及旋轉(zhuǎn)端均設(shè)置信號轉(zhuǎn)換模塊，且使固定端處的信號轉(zhuǎn)換模塊與旋轉(zhuǎn)端處的信號轉(zhuǎn)換模塊為無線光通信連接，此外，在該信號轉(zhuǎn)換模塊均設(shè)置電/光轉(zhuǎn)換單元以及光/電轉(zhuǎn)換單元以實現(xiàn)光信號與電信號之間的相互轉(zhuǎn)換。具體的，信號轉(zhuǎn)換模塊通過電/光轉(zhuǎn)換單元將電信號轉(zhuǎn)換為光信號進(jìn)行傳輸、通過光/電轉(zhuǎn)換單元將接收到的光信號轉(zhuǎn)換回電信號。
[0031]具體的，如圖2所示，為本發(fā)明的單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)信號傳輸裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，4為設(shè)置于旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的固定端的信號轉(zhuǎn)換模塊，即固定端信號轉(zhuǎn)換模塊，5為設(shè)置于旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)端的信號轉(zhuǎn)換