摘要：一般的感应同步器的使用需要由正弦波信号作为激磁信号，由高精度的轴角转换器作为信号处理的关键器件，因而其在航天产品的使用中受到限制。通过对感应同步器激磁信号频率成分的研究，文章提出了双相方波激磁的驱动方案。在此基础上，对感应信号的频率成分作了进一步分析，采用了 Chebyshey 低通滤波的信号处理方案，取得了较好的效果。试验数据表明，该方案的测角分辨率达到±0.8″，能够满足航天设备中角度测量的需求。
感应同步器是一种高精度的角度测量元件，常用于转台等地面测角系统，有时也用于航空航天中某些高精度的扫描系统。
感应同步器分为定子、转子两部分，其中定子通常为双相，转子为单相，其使用方式为一端输入激磁信号，另一端则产生感应信号，通过对感应信号的处理获得角度信息。感应同步器的激磁一般分为单相绕组激磁、双相绕组激磁两种方式，其信号处理一般也分为鉴幅型、鉴相型两种处理方式。一般而言，不论是单相激磁还是双相激磁，采用正弦波作为激磁源是主要的激磁方式。在地面测角设备的使用中，多采用单相绕组激磁的鉴幅型处理方式，采用专用的轴角转换器(如：AD2S80)获得角度信息。
航空航天设备中，对器件的环境适应性有着特殊的要求，这使得单相绕组激磁的鉴幅型方式受到了比较大的限制。
本文通过对激磁信号频率成分的研究，提出了双相方波激磁的驱动方案，在此基础上对感应信号的频域成分作了进一步分析，采用了 Chebyshey 低通滤波的信号处理方案，由开环的鉴相型处理方式获得角度信息。试验验证了该方案的可行性，得到了较高的测角分辨率。结果表明，该方案的测角分辨率达到±0.8″，能够满足航天设备中的角度测量要求。
1 双相激磁鉴相型工作原理
1.1 双相激磁原理
在感应同步器正弦绕组 s、余弦绕组 c 上施加幅值和频率相同，相位差 90°的交流激磁电压，即
将 e2与 e20整形成方波，送入双稳态触发器 SW 进行相位检测，由高频计数器数脉冲得到表征角位置量的计数值 N。假定高频时钟的周期为 tn，则可得到e 0 n
θ = ωNt(6)
求出θe即可得到对应的角位置量。
2 双相方波激磁驱动
2.1 方波激磁原理
对于上述所示正弦波激磁方式，在实际使用中，正余弦绕组的激磁幅度不相等，激磁相位差不为 90°，是测角误差的一个重要来源。因此，正弦波激磁方式对功放器件有着比较高的要求。而采用双相方波激磁，则可以有效地避免上述问题。
在感应同步器正弦绕组 s、余弦绕组 c 上施加幅值和频率相同，相位差 90°的方波激磁电压，如图 2 所示。对于这样的激磁方式，可以通过数字脉冲控制 H 桥电路的通断来实现，如图 3 所示。
图 3 显示了正弦信号的激磁控制，余弦信号类似。正余弦绕组激磁信号 90°的相差，可以由数字信号很精确的控制(对应图中 sin1～sin4);激磁电压的幅度由稳压电源保证;后续处理所需的相位比较基准信号可由数字脉冲直接提供。这样，完全避免了正弦波双相激磁中幅度相位的不匹配问题。然而，方波信号是一个频率成分复杂的信号，用方波作为激磁信号，感应信号的成分也比较复杂，需要作进一步分析。
2.2 感应信号频率分析
我们知道，任何一个周期信号都可以分解为一组成谐波关系的三角函数之和。也就是说，对于激磁的方波信号，通过傅里叶变换，我们可以作出如下分解：
可见，理论上，感应信号应该是一组等幅的成谐波关系的三角函数之和。但在高频激磁条件下，由于感应同步器的感抗增大，高频电流变小，由高频电流感应出来的信号并没有理论上推导的那么大。
对于一个正弦信号，其频率成分是比较单一的，因此，对感应信号进行傅里叶分析容易得到感应信号的处理要求。正弦波激磁感应信号频谱和方波激磁感应信号频谱如图 4 所示(只考虑正频域)。
3 感应信号处理
观察图 4，对比于正弦波激磁的感应信号 E2，方波激磁的感应信号2E′ 只是在频域作了周期为ω0的扩展，幅度上放大了 2/π倍。可见，2E′ 的频谱信息完全包含了 E2的频谱信息。E2可以由2E′ 恢复出来。因此，2E′ 也就包含了与 E2完全一致的角度信息。所以，信号处理的任务就在于如何从2E′ 信号恢复得到 E2信号从频域考虑。为恢复出 E2，需要设计一个理想的 Sa 函数低通滤波器。实际上，由于正弦信号频谱的单一性，只需保证感应信号的高频成分(3 倍频后)有足够的衰减即可，而无需考虑滤波器的相频特性。因此，Chebyshey 型低通滤波器是一个比较好的选择。信号处理的流程图如图 5 所示。
出，不同角度，感应信号波形也不一样，通过滤波得到的正弦波相位也不一样。
通过相关数据采集系统，可进一步分析。该感应同步器驱动系统静态测角分辨率可达到±0.8″，可以满足航天设备中的实际测角需求。测角结果如图 7 所示。说明：感应同步器为 360 对极，系统采用40M 脉冲数频率为 2.5 kHz 的方波，脉冲计数值 16000 表示 1°。脉冲计数值 231026 表示角度 14°26′20.9″。
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