MEMS高量程微加速度计温度补偿的设计

目前基于压阻式MEMS加速度计的测量精度还不是很高,为了提高其精度,文中采用TI公司新一代的数字信号处理器TMS320F2812实时操作系统,通过对复合量程微加速度计的特性分析,找出加速度计温度漂移的变化规律;采取温度补偿措施消除温度变化带来的测量误差;系统依据数字温度传感器DS18B20提供温度参数,采用最小二乘法的软件算法对测量数据进行补偿处理;该系统处理时间短,可以满足其使用要求,算法简单有效,可以显著提高测量精度;实用表明使用高速DSP器件并采用有效的信号处理方法可以显著地改善MEMS加速度计的性能。     

基于参数优化的ICEEMDAN-MEMS陀螺信号处理研究

航空飞行器多维智能感知系统极端应用环境中,MEMS陀螺的输出信号中会含有各种噪声,进而影响系统后续的导航任务。为了改善MEMS陀螺输出信号的质量,提出了一种参数优化的改进的自适应噪声完全集成经验模态分解(ICEEMDAN)的MEMS陀螺信号滤波方法。首先通过灰狼优化算法(GWO)对ICEEMDAN的参数进行优化;对MEMS陀螺的输出信号进行分解,得到若干个本征模态函数(IMF),并根据排列熵对分量进行划分,并使用递归最小二乘算法(RLS)对混合分量进行滤波;最后将信号重构得到最终信号。对系统实测数据进行处理,分析结果表明：与原始信号相比,降噪后的MEMS陀螺输出信号均方根误差(RMSE)降低了78.6%,该算法可有效地去除输出信号中的噪声,具备一定的工程应用价值。     

相机稳像系统中陀螺信号的实时采集与数据优化

陀螺信号的采集与处理对于整个图像稳定系统的性能具有决定性作用.本文设计了一种应用于相机光学图像稳定系统中的陀螺信号实时采集处理器的系统方案;采用低成本的压电陀螺,运用高精度模/数转换模块和高性能数字信号处理器(DSP)对传感器数据进行了采集;运用基于离散小波变换的实时滤波算法对姿态测量数据进行了优化处理,为后续姿态测量精度的提高提供了基础.     

基于Kalman滤波和神经网络的MEMS陀螺温度漂移补偿

MEMS陀螺温度漂移严重影响系统的测量精度。传统的BP神经网络建模补偿容易使权值和阈值陷入局部极小值,导致网络训练失败。陀螺输出信号中的高频噪声也会影响模型精度。针对上述问题,该文提出一种Kalman滤波结合粒子群算法(PSO)优化BP神经网络的MEMS陀螺温度漂移补偿方法。首先对陀螺进行了温度漂移测试实验,然后采用Kalman滤波对实验数据进行降噪,最后建立陀螺温度漂移模型,从而实现温度漂移的补偿。实验结果表明,采用该方法补偿后MEMS陀螺在不同温度下的输出方差降低了65.09%,与传统的BP神经网络相比补偿精度明显提高。     

基于DSP的MEMS陀螺误差建模与滤波方法研究

针对微机电系统(MEMS)陀螺测量精度低、随机噪声复杂的问题,根据MEMS陀螺的实测数据,分析其噪声特性,研究MEMS陀螺的随机噪声模型。应用时间序列分析方法,采用时间序列分析(AR)模型对MEMS陀螺测量数据噪声进行建模,该模型反映陀螺的噪声特性,基于该随机噪声模型,采用Kalman滤波技术有效降低了随机噪声对MEMS陀螺测量精度的影响。通过对MEMS陀螺实测数据的仿真试验结果表明:提出的建模与滤波方法能够有效地抑制其随机噪声误差,提高实际应用中的测量精度。     

小波阈值去噪和FAR建模结合的MEMS陀螺数据处理方法

为解决MEMS陀螺输出信号中噪声大、随机漂移严重的问题,提出了一种小波阈值去噪和函数系数自回归FAR建模结合的MEMS陀螺数据处理方法。采用小波阈值去噪法对MEMS陀螺输出信号去噪,提高其信噪比;为克服常用的自回归AR模型无法解决MEMS陀螺随机漂移存在的非线性问题,引入FAR模型对MEMS陀螺的随机漂移进行建模。实验结果表明,此数据处理方法可有效抑制MEMS陀螺输出噪声,且与AR模型相比,FAR模型能更精确地对MEMS陀螺随机漂移进行建模及预测。     

应用于MEMS陀螺仪的SoC设计

为了解决微电子机械系统(MEMS)陀螺仪体积较大、冗余的计算资源浪费等问题,对Cortex-M3内核的数据处理能力及总线架构进行了研究,设计了一款应用于MEMS陀螺仪的智能化、小型化、低功耗的片上系统(SoC);通过分析温度对陀螺输出信号的影响,对MEMS陀螺温度误差的智能化补偿方式进行了研究,采用以Cortex-M3为核心与电容/电压转换电路、模数转换器(ADC)等模块进行集成化设计的方法,在实现同样功能的情况下减小了陀螺体积;结合MEMS陀螺仪对信号处理资源的要求对存储空间及通信接口进行配置,采用0.18 μｍ BCD加工工艺对SoC进行设计制作;测试结果表明,针对MEMS陀螺仪进行匹配设计的SoC对陀螺输出信号进行温度补偿处理后,全温度区间(-40 ℃～85 ℃)零偏变化量由3.147°/s降低到0.035°/s,显著提升了MEMS陀螺仪的全温测量精度。     

基于MEMS阵列的虚拟陀螺的实现

MEMS陀螺随半导体技术的发展迅速兴起,但其普遍精度不高,为提高MEMS陀螺的精度,满足实际应用需求,利 用4个陀螺组成阵列.标定并补偿了其对准误差和标度因数误差。并采用基于自回归模型的卡尔曼滤波融合算法进行数据融合。从而得到一个精度更高的虚拟陀螺、在静态实验中。陀螺的１σ 标准差降低了4.36倍,零偏不稳定性降低了2.22倍。在动 态摇摆实验中,其速率误差的1σ标准差降低了3.69 倍。实验也表明,经过标定补偿陀螺阵列的输出数据更接近真实值, 根据实验结果,可知对四陀螺阵列的标定补偿和数据融合的方法有效抑制了陀螺的噪声。     

MEMS陀螺漂移误差建模与滤波

MEMS陀螺漂移误差直接影响光电稳定跟踪平台伺服机构的控制精度.针对MEMS陀螺随机漂移误差慢时变、弱非线性、难以准确补偿的特点,基于随机序列时序分析法的基本原理,对预处理后的MEMS陀螺漂移残差信号进行建模,并根据模型对残差信号进行Kalman滤波.结果显示滤波前后信号的方差提高了1到2个数量级,表明有效抑制了漂移误差,提高了MEMS陀螺的精度.     

微机电陀螺随机漂移建模与卡尔曼滤波

微机电系统(MEMS)陀螺精度较低,严重影响制导火箭弹惯导系统的精度.为了减小MEMS陀螺的随机漂移,提高其精度使其满足简易制导火箭弹的精度要求,需要对陀螺信号进行滤波,MEMS陀螺随机漂移建模与补偿是其中的难点.针对上述问题,提出采用自回归移动平均(ARMA)分析的方法建立MEMS陀螺随机漂移模型,然后基于此模型对随机漂移信号进行卡尔曼(Kalman)滤波.对某MEMS陀螺在静止条件下的观测信号的滤波效果表明,ARMA模型拟合度高,能准确描述MEMS陀螺随机漂移特性;Kalman滤波方法能有效减小随机漂移误差,提高MEMS陀螺的精度,对提高简易制导火箭弹的精度具有一定的参考价值.     

随钻测量系统设计

针对随钻测量设备需求日益增大,本文在分析随钻测量系统工作原理的基础上,设计一套由三轴加速度计、三轴磁阻传感器与三轴陀螺仪组成的随钻测量系统。以DSP为控制核心,采用先进的MEMS芯片,同时采取相应的抗干扰、误差修正、温度补偿等改善性能措施。结果表明,系统具有测量精度高、稳定性好、适应能力强等优点。     

基于DSP的静电悬浮转子微陀螺测控系统

开发了一种基于数字信号处理器(DSP)的静电悬浮转子微陀螺的可视化闭环测控系统.该系统是在VC33DSP平台下,采用增量式PID算法控制器,对VC33DSP开发系统的外设A/D、D/A和PCI芯片进行编程应用.具体为使用VC++编写可视化界面,对PCI芯片编程实现DSP与PC之间通信,使用VC33DSP汇编语言编程实现数据的输入输出.经编程测试,增量式汇编函数能够有效运行,为静电悬浮转子微陀螺的悬浮、旋转等检测控制实现奠定了一定的基础.     

大温差应用环境下的MEMS陀螺零偏补偿研究

MEMS陀螺的工艺特点决定了其零偏随温度呈现非线性变化的特点。针对工业现场实际应用环境温度变化范围大、分段补偿模型断点处不连贯和补偿温度范围小等问题,提出了一种新型的无需分段、全温度区间线性回归补偿模型;并且针对MEMS陀螺启动不稳定性因素对零偏造成的影响,改进的补偿模型可有效抑制陀螺上电时刻的零偏。经过实验验证:该模型补偿后的数据较陀螺原始数据零偏提高了将近3个数量级,从2.9027°/s提高到0.0091°/s,并且该算法相对简单易于编程实现,具有很好的工程实用价值。     

基于DSP和CPLD的有源滤波器数据采集系统设计

针对电气化铁路谐波的要求及其特点,提出了一种基于TMS320F2812双DSP、CPLD以及ADS8556的数据采集系统。整个系统以霍尔传感器和A/D转换器组成前向采集电路,并由CPLD控制A/D转换,其中一个DSP作为主控制器,负责对电网电压/电流及负载侧电流采样、FFT运算以及通过CAN总线接口得到的补偿指令信号传送给单片机产生SPWM信号进行逆变驱动,并将处理得到的数据存储在双口RAM中。另一个DSP作为从控制器从双口RAM中得到数据,实现相应的继电器自动投/切开关及人机交互等功能。本设计被成功应用于电气化铁路智能有源滤波器中,实验表明大大增加了DSP数据采集能力与处理速度,采样精度得到很大的提高,达到了改善谐波补偿效果的目标。     

基于DSP的悬浮转子微陀螺数字幅度解调

在悬浮转子微陀螺中输出的角度检测信号为一经过幅度调制的调幅波形,为了使用数字信号处理器(DSP)读取调制波形中的低频有用信号,需要开发一种数字解调系统。介绍了一种能应用于悬浮转子微陀螺信号检测的基于DSP的数字滤波自相关算法及其实现,使用D/A和异步串行口将解调所得信号输出。使用经低频调制的20 kHz载波信号进行了实验。实验结果表明:该系统可响应的低频角度变化为25Hz,能够满足悬浮转子陀螺信号检测和后续控制的要求。     

基于以太网络接口的激光陀螺信号处理电路设计

针对串口高速传输数据误码率高的缺点,提出了一种基于网络接口技术的激光陀螺信号处理电路的设计方案。利用W5100固件网络芯片与DSP（TMS320C6713）完成激光陀螺信号采集、滤波和补偿,然后通过网络将处理后的数据输出到导航计算机。试验证明该设计提高了数据传输率、增加抗干扰能力、保证设备工作稳定可靠。     

基于FBD法的STATCOM的研究

针对三相四线制配电网的无功、谐波检测的实时性和零线电流抑制问题,采用了双DSP控制的三相四桥臂statcom解决方案。系统的无功和谐波检测方式采用了FBD法,可减轻DSP计算量;系统的控制方式采用了双DSP控制,一片DSP主要负责信号数据采集,另一片DSP主要负责指令电流的运算,可以大大提高系统的运行速度,保证了statcom补偿的实时性。本文介绍了三相四桥臂statcom的检测和控制方式,并对系统的硬件构成和软件主程序流程作了阐述。仿真和实验结果验证了此方法的可行性。     

基于改进卡尔曼滤波的陀螺仪误差补偿算法

针对基于卡尔曼滤波的MEMS陀螺仪误差补偿算法中量测噪声方差选取不准确的问题,提出一种基于改进卡尔曼滤波的陀螺仪误差补偿算法.卡尔曼滤波通常采用统计特性估计得到固定的量测噪声方差,无法自适应地估计不同环境下陀螺仪噪声特性.该算法将卡尔曼滤波与神经网络相融合,使用卡尔曼滤波新息矩阵作为神经网络输入,通过神经网络得到新息协方差矩阵,以此自适应地估计卡尔曼滤波量测噪声方差.将该算法应用到陀螺仪信号误差补偿中,使用Allan方差分析法对原始信号以及误差补偿后的陀螺仪信号进行分析,实验结果表明该算法能够有效地抑制陀螺仪随机误差,提高MEMS陀螺仪的精度.     

铁路检测仪中陀螺仪的信号采集电路设计

铁路检测仪系统设计中,采用光纤陀螺仪完成对铁路平顺度相关参数的采集,使用电压补偿方法解决所采集角度的相对零点数据浮动问题,并推导了该方法的计算过程.实验表明,该方法达到了预期目标,数据稳定性得到明显改善.     

DSP/BIOS在雷达目标检测系统上的应用

介绍了TI公司的实时操作系统（RTOS）内核DSP／BIOS，阐明了使用DSP／BIOS开发雷达目标检测系统的优点。先利用FPGA控制高速A／D对雷达视频数字化，然后使用DSP／BIOS内核构建多个数字信号处理线程，通过芯片支持库（CSL）配置外设资源，最后对程序进行实时分析和优化。从而大大降低了DSP系统开发的复杂度，缩短了开发周期，顺利实现了雷达目标自动检测等功能。