位标器动平衡测试系统中相位测量的实现

　　1　引　言

　　位标器是导弹目标跟踪系统的重要组成部分,是利用陀螺的定轴性和进动性来稳定和控制导弹的导向光学系统。由于位标器在材料分布及加工装配过程中存在误差,直接影响着位标器系统的实测性能[1]。因此,必须对位标器陀螺进行动平衡校正。位标器动平衡测试系统中,传统的相位测量方法大多数比较复杂且精度不高。实际测量中发现位标器由于外界环境及自身陀螺仪转速不稳定等因素的影响,其输出的信号和基准信号也不稳定,而测量系统要求其输出信号的脉冲峰值点对应的时刻即是时间起始点。为了实现高精度的相位差测量,确定脉冲峰值点对应的时刻是关键。本文摒弃了通常采用的过零检测相位差的方法,提出了以来自位标器陀螺仪的光电钟形脉冲信号的峰值点为时间基准点进行相位差测量的方法,利用单片机处理数据,研制了标准信号源来标定精度,并采取了抗干扰措施保证系统运行稳定。经过试验证明,该方法简单实用且精度高,达到了预期的效果。

　　2　测量原理

　　该方法是基于“填脉冲式”的相位测量方法,通过检测两信号(A, B)电压过零点的时间差δ,并同时测量信号的周期T,由δ/T计算出相位值,如图1所示,其中,δ和T都是以脉冲数表示的。

　　周期为T的两路信号,经过零比较器形成方波,其相位差φx与其对应的时间差Tx的关系为:

　　式中,T0为时标脉冲的周期;Nx为在Tx时间内计数值;T为被测信号的周期;Tx为两个被测信号异或后的脉宽。

　　可以看出,其精度直接受时标频率的影响,只有精确测量Tx和T才可保证计算结果有较高的精度[2]。

　　实际测试系统中,从位标器陀螺仪输入的光电脉冲信号是钟形脉冲,在检测同频率的目标信号和基准信号二者之间的相位差时,需准确检测峰值点的位置。这样,以往的过零检测相位差的方法不再适用,本文所介绍的方法是在填脉冲式的相位差测量原理的基础上做了改进,以来自位标器陀螺仪的光电钟形脉冲信号的峰值点为基准点。

　　如图2所示,首先用过零比较的方法,将基准正弦信号U0整形成对称方波信号V0,采用同样的方法将输入的钟形脉冲信号U1,U2整形成矩形脉冲信号V1,V2。由于测量是基于输入信号峰值点的,因此,峰值点的判定精度将直接影响测量的精度,故将基准电压V1,V2的幅值取的尽量大,使得方波中点趋近于实际脉冲峰值。

　　为了检测基准信号U0和钟形脉冲信号U1峰值之间的相位差,在将钟形脉冲信号整形成矩形脉冲后,取矩形脉冲的半宽度作为钟形信号的峰值点。为了避免因U0与U1的边沿非常靠近而出现的难以比较、不易读出数据及U0与U1的相对位置超前、滞后导致微处理器处理数据时易溢出等情况,采用比较U0和U2的相位,再通过减去实际测量的U1与U2相位,从而得到所需要的U0与U1的相位差。在比较两个信号的相位时,将整形信号异或,再将异或信号及其反相信号分别输入单片机,经数据处理得到如图2时序图中所示的T1,T2,T3,T4,再分别按式(2)、式(3)求得要比较的相位。测量U2与U3,U3与U4,U4与U1之间的相位差的方法同。