梳状音叉MEMS陀螺非随机误差分析

研究了一种典型结构的梳状音叉MEMS陀螺的非随机性误差特性。综合考虑梳状音叉MEMS陀螺质心偏移、硅的非等弹性等因素,分析该陀螺中的非随机性干扰力矩;从二阶欠阻尼控制系统的角度,讨论了干扰力矩在陀螺内调制、解调环节下对输出的影响;推导出开环灵敏度随温度、比力和角速度的变化关系。在一定近似条件下,得到梳状音叉MEMS陀螺非随机性误差模型的形式。     

无驱动结构硅微机械陀螺的信号处理

由于无驱动结构硅微机械陀螺输出信号较为特殊,应用这种特殊陀螺存在较大难度,为解决这一问题,从无驱动结构硅微机械陀螺的信号分析出发,根据其信号的特征提出用加速度计信号反映载体自转信号为基准,并以其作为参考信号解调陀螺信号的处理方法。软件上采用峰值检测和相位比较解调的算法,利用单片机实现该算法。同时设计相应的外围硬件电路,最终得到了一个能实时解调出陀螺信号得出陀螺的偏航和俯仰角速度值的信号处理系统。该系统由于引进了加速度计波形被调制带来的误差,其精度有待进一步改善。     

基于欠采样数字正交解调的误差分析及校正

分析了软件无线电常用的基于欠采样数字正交解调系统中可能产生的各种误差,给出了这些误差对信号的影响,并利用高斯-牛顿迭代法校正系统中由误差产生的幅度和相位的不平衡,最后给出了仿真结果.     

音叉电容式微机械陀螺的误差源分析与消除

误差源是以弱小信号处理为特征的微机械陀螺精度提高的主要制约因素。分析了音叉电容式微机械陀螺由本身工作模式和加工误差造成的两类误差源，并探讨了相应的消除方法。首先采用分离电极方法消除了驱动模态位移电流对敏感模态输出信号的耦合；用半频驱动方法抑制了驱动电压信号通过寄生电容对输出信号的耦合；通过在玻璃基体上开槽减轻了梳齿电容的静电悬浮以及玻璃基体上的电荷累积现象。然后通过对驱动电压幅值的自动调节弥补了由加工误差所造成的驱动电容不匹配，并采用同步解调消除正交误差。分析结果表明这些误差源的消除可提高微机械陀螺的精度水平。     

虚拟陀螺技术在MEMS惯性导航系统中的应用

针对MEMS惯性导航系统中陀螺测量精度低的问题,采用虚拟陀螺技术提高陀螺的角速度测量精度.系统中每个测量轴放置了3个普通精度的陀螺,组成一个阵列,对同一角速度信号进行冗余检测,然后通过同类传感器信息融合技术得到输入角速率的高精度估计值.试验结果表明,虚拟陀螺的精度最大提高了2.7倍,最小1.9倍,证明了虚拟陀螺技术的有效性.     

双片集成数字硅陀螺接口ASIC的设计与测试

为实现MEMS陀螺高精度、数字化和小型化,适应惯性导航和测量等领域的应用要求,采用双片集成方式,基于0.5 um的N阱CMOS工艺,设计并实现了一款实用化的MEMS陀螺接口电路.设计了基于高频载波的闭环自激驱动电路和低噪声差分敏感检测模拟前级电路,高频信号将敏感信号调制到高频后与闪烁噪声相加,经过开关相敏解调以及低通滤波后得到低噪声模拟角速度输出,并由集成的高分辨率四阶单环一位sigma delta ADC将模拟信号转化成为数字信号,实现数字化输出的硅陀螺接口电路.测试结果表明:sigma delta调制器的动态范围达到130 d B,陀螺整机量程为±200°/s,带宽为60 Hz,刻度因子为46.45 LSB/((°)·s~(-1));线性度为342×10~(-6),输出噪声为0.004(°)·s~(-1)/Hz1/2,零偏稳定性为3.4°/h.通过电路集成实现了小型化、低成本和角速度数字化精确输出,测试结果与其他相关研究对比表明该结构可以得到很好的性能.     

钢块缺陷双向涡流检测信号的正交解调电路

为解决双向励磁涡流检测传感器的信号解调问题,设计了适用于低频范围的正交解调电路(包括移相器、模拟乘法器以及低通滤波器),并对电路各模块的特性进行了测试.通过在移相器中设置滑动变阻器调节两级运放的输入、输出阻抗,可以实现对10~30 k Hz内正弦信号的90°相移,测试了乘法器在工作频段内的直流偏置特性.将解调电路与双向励磁涡流检测传感器应用于钢块不同深度缺陷的检.结果表明:偏置电压基本不随工作频率而波动,进行差值补偿后,计算与电路输出结果的互相关系数为0.955 1,整体解调电路对信号解调的幅值误差小于13%,相位解调误差小于8%.可以检测出45号钢中深7 mm的槽型缺陷,且随着缺陷深度的增加,幅值和相位均呈增长趋势.     

基于虚拟仪器的TD-SCDMA频率误差测量

提出了一种基于虚拟仪器的精确测量TD-SCDMA信号频率误差的方法,并给出了系统设计。通过正交解调信号的相位线性拟合得到频率误差,其特点是成本低,计算精确,易于和其他测量项目集成。实验证明,该方法能够有效地精确测量信号的频率误差。     

转台误差对MEMS陀螺标定的影响分析

MEMS陀螺是导航系统中的关键元器件,提高其精度对提升导航系统性能具有重要意义.基于多体系统建立三轴转台误差模型,根据转台运动机理分析得到三轴转台的各类几何误差项及运动误差项,然后阐述陀螺标定原理,推导出MEMS陀螺标定全参数误差模型,测量出转台各项误差参数值.在此基础上进行速率标定实验,分别求得加入转台误差项参数和不加转台误差项参数时得到的MEMS陀螺误差系数,对比得到两者差值,根据此误差值可以对在不考虑转台误差项参数时得到的MEMS陀螺误差系数进行校正以提高精度.实际工程应用中,可以通过建立MEMS陀螺标定全参数误差模型修正转台误差以提高MEMS陀螺精度,从而提升惯性导航系统性能.     

新的四进制CPM调制方案

针对连续相位调制解调端过于复杂的问题,提出了一种新的网格编码连续相位调制方案。该方案通过在连续相位调制前对信号进行预编码,消除了采用与QPSK类似的方式对CPM信号进行正交解调时所引入的错误倍增对维特比译码性能的影响。接收端先对信号进行正交解调,解调后的结果送入与调制端编码网格相匹配的维特比译码器进行网格译码,恢复出发送的原始数据。仿真结果表明,加入预编码后误比特率为10-5时所需的Eb/N0比不加预编码时减小了1 dB。     

投射式电容触摸屏高精度驱动与检测方法

抗噪声能力是投射式电容触摸屏驱动和检测电路的难点。在研究电容式触摸屏驱动的基础上,提出了一种电容触摸屏高精度驱动与检测方法,通过采用多电极驱动结合IQ正交解调技术,选取合适的驱动矩阵有效地降低感应电极耦合信号的干扰噪声、并消除由信号传输路径不同所引入的相位差,获得信噪比高、一致性好的解调数据。实验测试表明,采用该方法可以实现高性能、低成本触摸屏驱动芯片,为用户带来更好的触控体验。     

MEMS陀螺仪随机误差补偿方法研究

针对MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)陀螺仪的随机漂移误差,探讨其有效补偿方法.基于陀螺仪输出角速率信息的变化量是等随机和等随机加速的两种假设,提出了两种相应的基于Kalman滤波理论的MEMS陀螺仪随机误差补偿方法.在建立陀螺仪随机误差模型的基础上,详细推导了各自的Kalman滤波方程,最后以某微惯性测量系统中所用MEMS陀螺仪的输出信号分析为例,对两种滤波方法作了实验验证.理论分析和实验结果表明:所提出的两种误差补偿方法是正确有效的,且后一种方法的滤波与跟踪效果比前一种更好.     

基于MEMS与Android智能手机融合的 室内个人导航算法

针对微机电系统(micro-electro mechanical system,MEMS)惯性器件在导航解算中存在较大的累积误差问题,提出了一种基于MEMS惯性器件与Android智能手机融合的室内个人导航算法.导航算法在捷联惯性导航算法的基础上,根据人行走时的运动特点,引入了零速度检测与修正算法来检测人行走过程中的静止状态,并对行人静止时刻的速度和位置信息进行校正,以降低累积误差.导航解算中由于陀螺仪漂移导致获得的行人运动方向角误差较大,故采用MEMS陀螺仪输出姿态信息与Android智能手机中的电子罗盘方向角融合的行人运动方向校正算法来获取行人运动方向,并结合滑动均值滤波算法来进一步校正行人的运动方向,提高导航精度.最后通过实验结果验证了导航累积误差修正算法的可行性和有效性.     

MEMS陀螺仪随机漂移误差滤波处理研究

MEMS陀螺仪是一类新型惯性器件,具有体积小、成本低、重量轻、可靠性高等优点,但是精度较低、随机漂移误差比较大.从实际工程应用角度出发,针对MEMS陀螺仪的随机漂移误差,首先进行实时均值滤波处理,然后基于随机序列时序分析法的基本原理,建立MEMS陀螺仪随机漂移误差的一阶AR模型,然后依据kalman滤波算法的马尔科夫特性,提出了对MEMS陀螺仪每次输出进行实时多次滤波处理的新方法.通过对具体测量数据进行处理,MEMS陀螺仪的随机漂移误差减小到原来的百分之二左右.     

集成光学相位调制器相位漂移补偿方法研究

铌酸锂集成光学相位调制器是数字闭环光纤陀螺的核心器件.其半波电压随温度的变化和调制解调电路反馈通道增益的变化直接影响相位调制器调制特性,产生相位漂移,从而影响了标度因数的稳定性.为了补偿相位调制器的相位漂移,提高标度因数的稳定性,提出引入了第2反馈回路的四状态偏置调制方法,给出了偏置调制方程,并分析了偏置相位的选择对系统信噪比的影响.对采用四状态调制的光纤陀螺进行测试,所得标度因数稳定性比单闭环方波调制方案提高了近一倍.结果证明,该方法对光纤陀螺标度因数稳定性的提高是有效的,具有重要意义.     

无驱动微机械陀螺信号处理电路工作带宽扩展

针对无驱动结构微机械陀螺的工作带宽进行理论分析,提出一种调整频带宽度的方案。然后利用MATLAB和PSpice软件进行仿真验证,最后利用安捷伦信号发生器81150A对调整前后的电路部分进行实验验证。实验结果表明,通过调整后整个信号处理电路的带宽得到了扩展,使得陀螺在工作频率范围内的信号可以无衰减地通过。这里采用的实验方法是信号发生器的静电驱动动态扫频测试。这种方法与传统采用MEMS三轴转台测试方法相比,更加简便,准确。