星载绝对式光电码盘粗码译码电路及采用该电路实现的自适应采样法

摘要

星载绝对式光电码盘粗码译码电路及采用该电路实现的自适应采样法，涉及光电轴角测量技术领域。解决了目前粗码采样译码电路存在的跳码、电路结构过于复杂及误码率高导致的采样精度低的问题。光电码盘的精码光电流信号输出端同时与1号采样电阻的一端和精码及中精码译码模块的电压信号输入端连接，1号采样电阻的另一端接电源地，精码及中精码译码模块的数字信号输出端与DSP处理器的精码数字信号输入端连接，DSP处理器的控制信号输出端与精码及中精码译码模块的控制信号输入端连接；光电码盘的粗码光电流信号输出端同时与2号采样电阻的一端和限流电阻的一端连接，2号采样电阻的另一端接电源地。它主要应用在光电轴角测量上。

说明书

技术领域

本发明涉及的是光电轴角测量技术领域。

背景技术

由于激光通信具有高保密性、高传输效率等优点，近年来，空间激光通信得到了越来 越多国家的重视，随着海洋2号卫星光通信终端的研发成功，我国已进入空间激光通信的 先进行列。绝对式光电码盘作为一种典型的角位置、角速度传感器，以其高精度、高可靠 性、易于加工制造的特点在精密制造、精密测量、航空航天等领域有着广泛的应用。

在高精度光电码盘制作中，常采用粗码、中精码、精码相结合的复合刻划模式。其中，为 了保证可靠性和高精度，粗码部分一般采用矩阵码编码方式，且一般采用电压比较器进行 译码处理；

已有的光电码盘采样译码电路，其组成结构如图1所示，由光电码盘、采样电阻、基 准比较电压、电压比较器、锁存器、精码、中精码译码模块和DSP处理器等部分组成； 其电压比较器基准比较电压常采用固定电压源供电，当环境温度改变时，采样电阻阻值、 光电码盘读数头输出的光电流均会发生变化，从而引起采样电压的变化，这就造成了码盘 同一物理位置下对应不同采样电压的现象，更严重的是梯形电压的峰值也发生了变化，因 此时基准比较电压固定不变，粗码采样信号经电压比较器后输出的矩形波占空比偏离 50％，以至于数值采样译码后出现跳码问题，这对后续激光通信粗瞄跟踪系统的控制造成 了不利的影响；

此外，12位粗码采样译码电路，共需要12个运算放大器、两片8通道锁存器及24 个分压电阻，这的增加了硬件电路复杂性，增大了电路板尺寸，不利于保证系统可靠性。

发明内容

本发明是为了解决目前粗码采样译码电路存在的跳码、电路结构过于复杂及误码率高 导致的采样精度低的问题，本发明提供了一种星载绝对式光电码盘粗码自适应采样法。

星载绝对式光电码盘粗码译码电路，它包括光电码盘、1号采样电阻、精码及中精码 译码模块、2号采样电阻、限流电阻和DSP处理器；

所述的光电码盘的精码光电流信号输出端同时与1号采样电阻的一端和精码及中精 码译码模块的电压信号输入端连接，1号采样电阻的另一端接电源地，

精码及中精码译码模块的数字信号输出端与DSP处理器的精码数字信号输入端连 接，

DSP处理器的控制信号输出端与精码及中精码译码模块的控制信号输入端连接；

光电码盘的粗码光电流信号输出端同时与2号采样电阻的一端和限流电阻的一端连 接，2号采样电阻的另一端接电源地，限流电阻的另一端与DSP处理器的粗码电压信号 输入端连接。

采用星载绝对式光电码盘粗码译码电路实现的光电码盘粗码自适应采样法，该粗码自 适应采样法包括如下步骤：

步骤一：在18℃至25℃条件下通过示波器或电压表获得光电码盘粗码电压的基准比 较电压a；

步骤二：系统上电后，令平均比较电压m＝0，上电初始化时间Time＝0，

步骤三：令采样计数值n＝1，采样电压之和sum＝m；

步骤四：DSP处理器的粗码电压信号输入端对接收的粗码电压u_i进行读取，每读取 一次粗码电压u_i；

步骤五：更新采样电压之和sum，执行sum＝sum+u_i；

步骤六；更新平均比较电压m，执行m＝sum/n；

步骤七：更新采样计数值n，执行n＝n+1后，当采样计数值n<2¹⁶时，执行步骤八， 当采样计数值n＝2¹⁶时，执行步骤三；

步骤八：更新上电初始化时间Time，执行Time＝Time+0.001；

步骤九：通过下述公式获得粗码译码值v后执行步骤四，该公式为：

采用星载绝对式光电码盘粗码译码电路实现的光电码盘粗码自适应采样法，在步骤四 和步骤五之间增加步骤四一，

步骤四一为：判断u_i与u_i-1是否相等，

判断结果为是，执行步骤八中

判断结果为否，则执行步骤五，其中，u_i-1表示粗码电压u_i的上一次的粗码采样电压。

所述的步骤一中，在18℃至25℃条件下通过示波器或电压表多次测量且取平均值获 得光电码盘粗码电压的基准比较电压a。

本发明带来的有益效果是，本发明在电路结构上，摒弃了原有的电压比较器、锁存器 及冗杂的分压电阻，改用如图2所示的粗码光电流经采样电阻和限流电阻后直接接入DSP 模数转换端口；使电路结构获得简化，简化了硬件电路，提高了设备可靠性，且达到了更 好的采样效果，且不存在采样过程中不存在跳码的问题，本发明采样方法的误码率降低了 10％以上，采样精度提高了10％以上。

附图说明

图1为背景技术中现有的光电码盘采样译码电路的原理示意图；

图2为本发明所述的星载绝对式光电码盘粗码译码电路的原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图2说明本实施方式，本实施方式所述的星载绝对式光电码盘 粗码译码电路，它包括光电码盘1、1号采样电阻2、精码及中精码译码模块3、2号采样 电阻4、限流电阻5和DSP处理器6；

所述的光电码盘1的精码光电流信号输出端同时与1号采样电阻2的一端和精码及中 精码译码模块3的电压信号输入端连接，1号采样电阻2的另一端接电源地，

精码及中精码译码模块3的数字信号输出端与DSP处理器6的精码数字信号输入端 连接，

DSP处理器6的控制信号输出端与精码及中精码译码模块3的控制信号输入端连接；

光电码盘1的粗码光电流信号输出端同时与2号采样电阻4的一端和限流电阻5的一 端连接，2号采样电阻4的另一端接电源地，限流电阻5的另一端与DSP处理器6的粗 码电压信号输入端连接。

本实施方式，本发明在电路结构上，摒弃了原有的电压比较器、锁存器及冗杂的分压 电阻，改用如图2所示的粗码光电流经采样电阻和限流电阻后直接接入DSP模数转换端 口；使电路结构获得简化，提高了设备可靠性；且达到了更好的采样效果。

具体实施方式二：参见图2说明本实施方式，采用具体实施方式一所述的星载绝对式 光电码盘粗码译码电路实现的光电码盘粗码自适应采样法，该粗码自适应采样法包括如下 步骤：

步骤一：在18℃至25℃条件下通过示波器或电压表获得光电码盘1粗码电压的基准 比较电压a；

步骤二：系统上电后，令平均比较电压m＝0，上电初始化时间Time＝0，

步骤三：令采样计数值n＝1，采样电压之和sum＝m；

步骤四：DSP处理器6的粗码电压信号输入端对接收的粗码电压u_i进行读取，每读 取一次粗码电压u_i；

步骤五：更新采样电压之和sum，执行sum＝sum+u_i；

步骤六；更新平均比较电压m，执行m＝sum/n；

步骤七：更新采样计数值n，执行n＝n+1后，当采样计数值n<2¹⁶时，执行步骤八， 当采样计数值n＝2¹⁶时，执行步骤三；

步骤八：更新上电初始化时间Time，执行Time＝Time+0.001；

步骤九：通过下述公式获得粗码译码值v后执行步骤四，该公式为：

本实施方式，为防止计数值n过大溢出及增加程序计算量、降低运算速度，当n计数 到2¹⁶时，令sum＝m，n＝1，重复上面的采样操作，每次采样后更新平均比较电压m、 采样电压之和sum、初始化时间Time和采样计数值n，并将采样值u_i与m比较后译为1 或0。

现有的通过硬件采样的方法是固定的比较电压，在环境或机械发生改变时，容易出现 误码，通过软件采样可以自适应调整比较电压，可以降低误码率。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二所述的采用星载绝对式光电码盘粗码 译码电路实现的光电码盘粗码自适应采样法的区别在于，在步骤四和步骤五之间增加步骤 四一，

步骤四一为：判断u_i与u_i-1是否相等，

判断结果为是，执行步骤八中

判断结果为否，则执行步骤五，其中，u_i-1表示粗码电压u_i的上一次的粗码采样电压。

本实施方式，为防止粗瞄跟踪机构长时间停留在某一固定位置，给平均比较电压m的 求取带来大的误差，DSP处理器通过粗码采样译码电路和精码、中精码译码模块读取当前 码盘值，并据此监测系统是否已经定位；若定位动作发生，则令sum＝m，n＝1，并停止 更新sum、n、Time和m，每次粗码电压采样后，与之前存取的平均比较电压m进行 比较译为1或0，直到监测到定位动作结束，重新开始更新sum、n、Time和m；是否 已经定位的判断条件为：判断u_i与u_i-1是否相等。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二所述的采用星载绝对式光电码盘粗码 译码电路实现的光电码盘粗码自适应采样法的区别在于，所述的步骤一中，在18℃至25 ℃条件下通过示波器或电压表多次测量且取平均值获得光电码盘1粗码电压的基准比较 电压a。