数字磁通门传感器的自动相位对准

　　对于磁通门输出信号的滤波处理，闭环数字磁通门传感器一般采用数字信号处理( 数字滤波器)方法完成[1-2]。替代传统磁通门电路的相敏整流和低通滤波等硬件电路，数字信号处理通常采用相关算法[3]( 又称为匹配滤波器[4]) 进行滤波。而相关算法的运算要求基准信号与磁通门输出信号相位对准，但对于三轴数字磁通门传感器，实际电路中由于隔直放大、抗混叠滤波等调理电路的存在，引起磁通门各轴输出信号相位偏移，且传感器各轴电路参数的分散性导致该偏移量各不相同，影响了数字滤波器的输出性能，降低了磁通门传感器的分辨率[5-6]。

　　Ferri M.[7]、Mitra Djamal[8]等通过利用正交基准信号解调的方式消除相位偏移的影响，此方法增加了相关运算的计算量，且需实时计算; Primdahl F.[5]等利用磁通门输出信号合成基准信号，该方法过程较复杂。对于某一传感器，该相位延迟是固定不变的，因此相位计算没有实时性要求，一次计算保存即可。常用的计算信号信息的方法有: 相关法[9]，三参数正弦波拟合法，互功率谱相位法等[10]，其中相关法计算量小，程序设计容易实现，但计算误差较大; 互功率谱相位法适用范围大，计算精度高，但计算相对复杂。本文采用基于加权最小二乘法的互功率谱相位法，首先分析了相位延迟对滤波运算的影响和互功率谱相位法计算相位延迟的原理，对比了利用不同的谐波频率信号计算的精度，并设计了传感器水平状态下自动相位对准方法。

　　1 滤波算法与相位延迟

　　磁通门传感器的输出信号是包含各次谐波的交流信号，其中偶次谐波信号( 主要是二次谐波) 包含被测磁场信息，奇次谐波是从激励线圈和铁芯耦合到输出线圈的，是输出信号噪声的主要部分[5]。输出信号经过调理电路和数字采样，在微处理器中进行滤波、积分运算，得到被测磁场信息，其中滤波计算公式为:

　　由文献[10]知，经过滤波器后，磁通门信号中的奇次谐波和二次谐波的偶次谐波分量为零，二次谐波的奇次谐波分量不为零( 其中二次谐波的输出幅值最大) ，滤波器输出随两信号相位差的增大而减小，当相位差增大到一定程度时，滤波器不能正常工作。

　　2 延迟计算与自动对准

　　互功率谱相位法[10-11]作为时间延迟估计方法在雷达、信号处理等方面有着广泛的应用，它将时延估计转换为相位的变化识别，具有较宽的适用范围和较高的估计精度。

　　由式( 1) 知，磁通门信号中的二次谐波的奇次谐波分量为该数字滤波器的有效信号，以f( n) 和g( n) 的二次谐波( 分别记为f2( n) 和g2( n) ) 为例，分析互功率谱相位法的运算原理。