技术领域
[0001] 本
发明属于测频技术领域，涉及一种应用于惯导系统的测频装置及其测频方法。
背景技术
[0002] 惯导系统中，测频通常采用振梁
加速度计，振梁加速度计在测频过程中对其输入的加速度用两路TTL方波
信号的
频率差表示，为真实反应输入的加速度，对两路方波信号的频率测量要同步连续进行，尤其是在大动态条件下，同步、连续、高速的要求更加严格。另外，通过多只振梁加速度计同步测量有利于提高惯导系统解算
精度，为此，通常采用大动态高精度FDC(频率数字转换)同时对多只振梁加速度计输出的TTL方波信号进行同步、连续、高速、精确测频，以连续测量同一时间间隔内的多只振梁加速度计的输入加速度，从而确保单只振梁加速度计的测量精度和惯导系统的解算精度。
[0003] 目前，在大动态高精度测频中，通常选用一个频率较低的标准频率信号作为闸
门信号，将待测信号作为填充脉冲，对闸门内待测信号进行计数，通过时钟域同步，计算出闸门时间内被测脉冲整周期数；同时，为提高测频的精度，采用高频(约1Mhz至100Mhz)脉冲对非整周期部分时间进行填充，对非整周期的
相位值进行细化。
[0004] 以上方法在闸门上升沿开始，到第一个待测信号上升沿来临时刻，
锁存非整周期计数；而在实际连续测量工程应用中，如果频率输入与闸门信号有一定
相位差的情况下，如图1所示，待测信号的非整周期时间(Ti)锁存时刻依赖于闸门信号之后到待测信号的第一个上升沿这一段时间，才能让处理器进入中断器读取测量值，如此，对于应用振梁加速度计测频需要同步的解算的应用系统，会带来时序上的不便。
发明内容
[0005] 本发明的目的是，针对
现有技术存在的问题，提供一种应用于惯导系统的测频装置及其测频方法，优化测频过程中
采样闸门锁存数据时机，便于系统的时序设计，从而增强测频的稳定可靠性，提高系统解算精度。
[0006] 本发明解决问题的技术方案是：一种应用于惯导系统的测频装置，一种应用于惯导系统的测频装置，包括待测信号滤波模
块、锁存和清零信号产生模块、整周期计数器模块、填充脉冲计数器模块和计数锁存模块；其中，所述待测信号滤波模块用于对待测信号进行滤波处理，并将经滤波处理后的待测信号分别发送给所述整周期计数器模块和所述填充脉冲计数器模块；所述锁存和清零信号产生模块用于根据
定时信号输出产生定时锁存信号和定时清零信号，并将所产生的定时锁存信号同时分别发送给所述整周期计数器模块和所述填充脉冲计数器模块，将所产生的定时清零信号同时分别发送所述整周期计数器模块和所述填充脉冲计数器模块；所述整周期计数器模块用于接收所述经滤波处理后的待测信号、定时锁存信号和定时清零信号，并根据所接收的定时锁存信号对采样闸门周期时间内整周期待测信号脉冲计数，将所得计数值发送给所述计数锁存模块；以及根据所接收的定时清零信号对所述整周期计数器模块内的计数进行清零；所述填充脉冲计数器模块用于接收所述经滤波处理后的待测信号、定时锁存信号和定时清零信号，并根据所接收的定时锁存信号对采样闸门周期开始前与非整周期待测信号对应时间内填充的高频脉冲计数，将所得计数值发送给所述计数锁存模块；以及根据所接收的定时清零信号对所述填充脉冲计数器模块内的计数进行清零；所述计数锁存模块用于接收所述整周期计数器模块所发送的计数值并进行存储；还用于接收所述填充脉冲计数器模块所发送的计数值并进行处理，并将处理后所得值进行存储。
[0007] 进一步地，在本发明所述的应用于惯导系统的测频装置中，所述整周期待测信号为从待测信号的一个上升沿到待测信号的下一个上升沿期间的待测信号；所述非整周期待测信号为采样闸门周期开始前，从最靠近采样闸门周期开始时间的待测信号的上升沿到采样闸门的第一个上升沿的期间的待测信号。
[0008] 进一步地，在本发明所述的应用于惯导系统的测频装置中，在所述计数锁存模块中，对所述填充脉冲计数器模块所发送的计数值进行处理时，将所接收的相邻的填充高频脉冲计数值进行差值计算处理，并将计算所得差值进行存储。
[0009] 基于本发明上述应用于惯导系统的测频装置，本发明还提供了一种测频方法，包括：在所述惯导系统中设有处理器和
定时器，所述测频装置与所述处理器相连接，其中，通过所述定时器向所述测频装置发送定时信号，通过所述测频装置向所述处理器发送测频用数据，通过所述处理器对所述测频用数据进行处理得到待测信号的频率；在所述测频装置中，通过如下操作获得所述测频用数据：通过待测信号滤波模块对待测信号进行滤波处理，并将经滤波处理后的待测信号分别发送给整周期计数器模块和填充脉冲计数器模块；通过锁存和清零信号产生模块根据所述定时信号输出产生定时锁存信号和定时清零信号，并将所产生的定时锁存信号同时分别发送给所述整周期计数器模块和所述填充脉冲计数器模块，将所产生的定时清零信号同时分别发送所述整周期计数器模块和所述填充脉冲计数器模块；通过所述整周期计数器模块接收所述经滤波处理后的待测信号、定时锁存信号和定时清零信号；所述整周期计数器模块根据所接收的定时锁存信号对采样闸门周期时间内整周期待测信号脉冲计数，将所得计数值发送给计数锁存模块；所述整周期计数器模块根据所接收的定时清零信号对所述整周期计数器模块内的计数进行清零；通过所述填充脉冲计数器模块接收所述经滤波处理后的待测信号、定时锁存信号和定时清零信号，所述填充脉冲计数器模块根据所接收的定时锁存信号对采样闸门周期开始前与非整周期待测信号对应时间内填充的高频脉冲计数，将所得计数值发送给计数锁存模块；所述填充脉冲计数器模块根据所接收的定时清零信号对所述填充脉冲计数器模块内的计数进行清零；通过所述计数锁存模块接收所述整周期计数器模块所发送的计数值并进行存储；通过所述计数锁存模块接收所述填充脉冲计数器模块所发送的计数值并进行处理，并将处理后所得值进行存储。
[0010] 进一步地，在本发明所述的测频方法中，所述计数锁存模块通过总线
接口向所述处理器发送所述测频用数据。
[0011] 进一步地，在本发明所述的测频方法中，在所述计数锁存模块中，对所述填充脉冲计数器模块所发送的计数值进行处理时，将所得的相邻填充高频脉冲计数值进行差值计算处理，并将计算所得差值进行存储；所述测频装置通过所述计数锁存模块向所述处理器发送测频用数据，所述测频用数据包括整周期待测信号脉冲计数值、以及相邻填充高频脉冲计数差值。
[0012] 进一步地，在本发明所述的测频方法中，在所述处理器中，对所述测频用数据进行处理得到待测信号的频率，对所述测频用数据进行处理采用的公式如下：
[0013] (1)TxiNxi＝Ts-Ti-1+Ti
[0014] (2)TxiNxi＝Ts-T0n0i-1+T0n0i
[0015] (3)
[0016] (4)
[0017] 式中，Ts为采样闸门周期；Ti为第i个非整周期；Ti-1为第i-1个非整周期；T0为填充的高频脉冲周期；Txi为待测信号的周期；n0i-1为Ti-1非整周期内填充高频脉冲的计数值；n0i为Ti非整周期内填充高频脉冲的计数值；Nxi为Ts时间内的整周期待测信号脉冲计数值；fs为采样闸门的频率；f0为填充的高频脉冲频率；fxi为待测信号的频率；Δn为相邻填充高频脉冲计数差值，Δn＝n0i-n0i-1。
[0018] 进一步地，在本发明所述的测频方法中，，所述整周期为待测信号的相邻的两个上升沿之间的期间；所述非整周期为采样闸门周期开始前，从最靠近采样闸门周期开始时间的待测信号的上升沿到采样闸门的第一个上升沿的期间。
[0019] 优选地，在本发明所述的测频方法中，所述采样闸门为测频周期的基准；所述采样闸门周期为采样闸门的第一个上升沿到下一个上升沿的期间；所述上升沿为低电平到高电平的变化起始时间。
[0020] 优选地，在本发明所述的测频方法中，所述惯导系统为所述测频装置提供高频时钟，所述高频时钟用于作为所述测频装置的工作时钟。
[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：针对闸门采样时机，优化测频过程中采样闸门锁存数据时机，采用闸门前沿锁存高频计数值技术，对待测信号进行高频连续采样，闸门上升沿到来时锁存，摆脱了现有技术中对待测信号在闸门后一部分的计数值依赖，从而降低了对闸门后沿的时序要求，提高了频率计算的可靠性，也为系统的时序设计提供了方便，且使用简单，适于在惯导系统相关领域应用。
附图说明
[0022] 图1为本发明背景技术中现有测频方法的原理示意图；
[0023] 图2为本发明的一种应用于惯导系统的测频装置的结构
框图；
[0024] 图3为本发明的测频方法原理示意图。
具体实施方式
[0025] 下面结合附图和
实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围不受实施例的任何限制。为增进对本发明的了解，在以下优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说，没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。本发明实施例各器件型号除做特殊说明的以外不做其他限制，只要能完成相应功能的器件均可。另外，为了避免对本发明的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的元件、
电路和方法等。
[0026] 在本发明的一个实施例中，如图2所示，本发明的一种应用于惯导系统的测频装置，包括待测信号滤波模块、锁存和清零信号产生模块、整周期计数器模块、填充脉冲计数器模块和计数锁存模块；其中，
[0027] 所述待测信号滤波模块用于对待测信号进行滤波处理，并将经滤波处理后的待测信号分别发送给所述整周期计数器模块和所述填充脉冲计数器模块；
[0028] 所述锁存和清零信号产生模块用于根据定时信号输出产生定时锁存信号和定时清零信号，并将所产生的定时锁存信号同时分别发送给所述整周期计数器模块和所述填充脉冲计数器模块，将所产生的定时清零信号同时分别发送所述整周期计数器模块和所述填充脉冲计数器模块；
[0029] 所述整周期计数器模块用于接收所述经滤波处理后的待测信号、定时锁存信号和定时清零信号，并根据所接收的定时锁存信号对采样闸门周期时间内整周期待测信号脉冲计数，将所得计数值发送给所述计数锁存模块；以及根据所接收的定时清零信号对所述整周期计数器模块内的计数进行清零；
[0030] 所述填充脉冲计数器模块用于接收所述经滤波处理后的待测信号、定时锁存信号和定时清零信号，并根据所接收的定时锁存信号对采样闸门周期开始前与非整周期待测信号对应时间内填充的高频脉冲计数，将所得计数值发送给所述计数锁存模块；以及根据所接收的定时清零信号对所述填充脉冲计数器模块内的计数进行清零；
[0031] 所述计数锁存模块用于接收所述整周期计数器模块所发送的计数值并进行存储；还用于接收所述填充脉冲计数器模块所发送的计数值并进行处理，并将处理后所得值进行存储。
[0032] 在上述实施例中，通过待测信号滤波模块对待测信号进行滤波预处理，为防止异常信号对测量结果造成干扰提供保障；通过锁存和清零信号产生模块产生定时锁存信号和定时清零信号，以定时锁存信号准确控制对待测信号的测量的同时，以定时清零信号对整周期计数器模块和填充脉冲计数器模块中的计数进行及时清零，为后续采样测量计数及时提供了空间，也节约了各计数器的空间，从而为测量结果的准确性和测量的稳定可靠性提供了保障。
[0033] 在上述实施例中，为增强测量的稳定可靠性，采用闸门前沿锁存高频计数，降低对采样闸门后沿的时序要求，优选地，为对计数锁存时机进行优化，所述整周期待测信号为从待测信号的一个上升沿到待测信号的下一个上升沿期间的待测信号；所述整周期为从待测信号的一个上升沿到待测信号的下一个上升沿的期间，即待测信号的相邻的两个上升沿之间的期间；所述非整周期待测信号为采样闸门周期开始前，从最靠近采样闸门周期开始时间的待测信号的上升沿到采样闸门的第一个上升沿的期间的待测信号；所述非整周期即为采样闸门周期开始前，从最靠近采样闸门周期开始时间的待测信号的上升沿到采样闸门的第一个上升沿的期间。所述采样闸门为测频周期的基准；所述采样闸门周期为采样闸门的第一个上升沿到下一个上升沿的期间，即测量待测信号频率进行采样计样的期间，具体根据测量工况进行设定；为便于进行采样闸门设定，所述上升沿为低电平到高电平的变化起始时间，利于准确计时。
[0034] 在本发明的另一实施例中，为保障在出现对待测信号未连续计数的情况下仍能保证测量的稳定可靠性，优选地，在所述计数锁存模块中，对所述填充脉冲计数器模块所发送的计数值进行处理时，将所接收的相邻的填充高频脉冲计数值进行差值计算处理，并将计算所得差值进行存储，以保障所得测量结果不因出现跳动等不连续记录而偏离正常值。
[0035] 如图2和图3所示，在惯导系统中应用本发明上述测频装置时，基于现有惯导系统进行改进设置，所述惯导系统中设有处理器和定时器，所述测频装置与所述处理器相连接，其中，通过所述定时器向所述测频装置发送定时信号，通过所述测频装置向所述处理器发送测频用数据，通过所述处理器对所述测频用数据进行处理得到待测信号的频率；在所述测量装置中，对待测信号频率进行测量时，通过如下操作获得所述测频用数据，具体地：
[0036] 通过待测信号滤波模块对待测信号进行滤波处理，并将经滤波处理后的待测信号分别发送给整周期计数器模块和填充脉冲计数器模块；
[0037] 通过锁存和清零信号产生模块根据所述定时信号输出产生定时锁存信号和定时清零信号，并将所产生的定时锁存信号同时分别发送给所述整周期计数器模块和所述填充脉冲计数器模块，将所产生的定时清零信号同时分别发送所述整周期计数器模块和所述填充脉冲计数器模块；
[0038] 通过所述整周期计数器模块接收所述经滤波处理后的待测信号、定时锁存信号和定时清零信号；所述整周期计数器模块根据所接收的定时锁存信号对采样闸门周期时间内整周期待测信号脉冲计数，将所得计数值发送给计数锁存模块；所述整周期计数器模块根据所接收的定时清零信号对所述整周期计数器模块内的计数进行清零；
[0039] 通过所述填充脉冲计数器模块接收所述经滤波处理后的待测信号、定时锁存信号和定时清零信号，所述填充脉冲计数器模块根据所接收的定时锁存信号对采样闸门周期开始前与非整周期待测信号对应时间内填充的高频脉冲计数，将所得计数值发送给计数锁存模块；所述填充脉冲计数器模块根据所接收的定时清零信号对所述填充脉冲计数器模块内的计数进行清零；
[0040] 通过所述计数锁存模块接收所述整周期计数器模块所发送的计数值并进行存储；通过所述计数锁存模块接收所述填充脉冲计数器模块所发送的计数值并进行处理，并将处理后所得值进行存储。
[0041] 在上述实施例中，改进了现有测频用数据仅进行各计数值简单存储的模式，所述计数锁存模块在进行整周期待测信号脉冲计数值存储的同时，对非整周期填充高频脉冲计数在进行差值处理后加以存储，具体地，为保障测量结果的准确性和可靠
稳定性，在所述计数锁存模块中，对所述填充脉冲计数器模块所发送的计数值进行处理时，将所接收的相邻填充高频脉冲计数值进行差值计算处理，并将计算所得差值进行存储；从而在即使出现对待测信号未进行连续计数、计数锁存模块锁存数据跳动或者向处理器传输数据异常等情况，也能确保测频的可靠稳定性，以及测频结果的准确性，进而有效避免了测频结果数据出现大幅偏离正常值的现象发生，同时，降低了对定时中断连续性的要求，也大幅降低了处理器计算难度，利于惯导系统整体运行效率提升。由此，在所述计数锁存模块中实现存储所述测频用数据，所述测频用数据包括整周期待测信号脉冲计数值、以及相邻填充高频脉冲计数差值；所述测频用数据由所述测频装置通过所述计数锁存模块向所述处理器发送。
[0042] 在上述实施例中，为保障接口数据传输的效率和准确性，所述计数锁存模块通过总线接口向所述处理器发送所述测频用数据，较佳地，通过RS422接口进行数据传送；为增强测量用
数据处理的稳定性和测量结果的准确性，所述处理器优选为DSP处理器；更优选地，为保证频率测量为同一时钟域同步高效进行，所述惯导系统为所述测频装置提供高频时钟，所述高频时钟用于作为所述测频装置的工作时钟。
[0043] 在上述实施例中，为高效准确得到待测信号的频率，能够采取多个采样闸门周期重复测量，通过所述处理器对所述计数锁存模块中的测量用数据进行处理，反复验证对待测信号的频率的测量的准确性；具体地，在所述处理器中，对所述测频用数据进行处理得到待测信号的频率，其中，对所述测频用数据进行处理优选采用的公式如下：
[0044] (1)TxiNxi＝Ts-Ti-1+Ti
[0045] (2)TxiNxi＝Ts-T0n0i-1+T0n0i
[0046] (3)
[0047] (4)
[0048] 其中，公式(4)基于公式(1)、公式(2)和公式(3)获得，式中，Ts为采样闸门周期；Ti为第i个非整周期；Ti-1为第i-1个非整周期；T0为填充的高频脉冲的周期；Txi为待测信号的周期；n0i-1为Ti-1非整周期内填充高频脉冲的计数值；n0i为Ti非整周期内填充高频脉冲的计数值；Nxi为Ts时间内的整周期待测信号脉冲计数值，即通过所述整周期计数器模块所得的采样闸门周期Ts时间内整周期待测信号脉冲计数值；fs为采样闸门的频率；f0为填充的高频脉冲频率；fxi为待测信号的频率；Δn为相邻填充高频脉冲计数差值，Δn＝n0i-n0i-1。
[0049] 具体地，Ti和Ti-1为两个相邻的非整周期，其中，第i-1个采样闸门周期开始前对应测量的非整周期序号为第i-1，即非整周期Ti-1；第i个采样闸门周期开始前对应测量的非整周期序号为第i，即非整周期Ti；n0i-1即通过所述填充脉冲计数器模块所得的与Ti-1非整周期待测信号对应时间内填充的高频脉冲计数值；n0i即通过所述填充脉冲计数器模块所得的与Ti非整周期待测信号对应时间内填充的高频脉冲计数值；Δn＝n0i-n0i-1即通过所述计数锁存模块对所述填充脉冲计数器模块所发送的相邻计数值进行处理所得差值，即相邻的填充高频脉冲计数差值。
[0050] 通过上述本发明的应用，能够高效准确得到待测信号的频率，且重复验证也不会出现异常；尤其是通过步骤S101中待测信号滤波模块将待测信号进行滤波预处理，有效防止抖动等异常现象造成干扰，为后续步骤S102和步骤S103得到测频用数据的准确性提供了保障；而且，通过步骤步骤S102中锁存和清零信号产生模块产生定时锁存信号和定时清零信号，以定时锁存信号准确控制对待测信号的测量的同时，以定时清零信号对整周期计数器模块和填充脉冲计数器模块中的计数进行及时清零，为后续采样测量及时提供了空间，也节约了各计数器的空间；此外，本发明突破传统测频用数据仅进行各计数值存储的模式，在计数锁存模块中进行整周期待测信号脉冲计数值存储的同时还对非整周期高频填充脉冲计数进行差值处理和存储，从而在即使出现对待测信号未进行连续计数、计数锁存模块锁存数据跳动或者向处理器传输数据异常等情况，也能确保测频的可靠稳定性，以及测频结果的准确性，进而有效避免了测频结果数据出现大幅偏离正常值的现象发生，同时，降低了对定时中断连续性的要求，也大幅降低了处理器计算难度，利于惯导系统整体运行效率提升。
[0051] 在上述本发明的应用过程中，先用多周期同步法计算，然后用高频脉冲进一步细分计量误差，最后得到待测信号频率；通过本发明的应用，能够高效准确得到待测信号的频率，且经过重复验证，测量结果稳定。本发明优化测频过程中采样闸门锁存数据时机，采用闸门前沿锁存高频计数设计，将待测信号非整周期锁存数据时机即闸门之后的第一个待测信号上升沿优化为在闸门信号开始的上升沿锁存，这样不依赖于待测信号在闸门后一部分的计数值，从而降低了对闸门后沿的时序要求，提高了频率计算的可靠性，也利于提高系统解算精度，适于待测信号同步连续测量应用；也解决了现有常规测频过程中高频脉冲非整周期计数值的锁存方法(即测频采样周期于闸门到来后第一个待测信号上升沿结束时锁存数据)所带来问题，从而有效避免因计数锁存模块中断出现锁存数据错误而导致测频结果计算错误的现象发生，并为系统时序设计提供方便。
[0052] 本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本发明的构思和所附
权利要求的保护范围。
