MEMS陀螺仪驱动接口ASIC设计

基于0.18 μm CMOS工艺,设计了一种用于MEMS陀螺仪驱动闭环的专用集成电路,实现了MEMS陀螺仪的高精度、集成式和数字化驱动。陀螺仪采用静电力驱动,基于自激振荡原理,结合自动增益控制方法,实现了恒幅恒频振动。设计了电容/电压转换器、3阶带通Σ-Δ ADC等模拟前端电路。芯片测试结果表明,陀螺仪成功起振,谐振频率为3.7 kHz,启动时间≤0.3 s,驱动检测信号的信噪比达到115 dB,驱动振幅1 h稳定性为1.5×10-4,整个芯片的功耗小于20 mW,电路性能良好。     

一种单轴MEMS陀螺仪信号处理电路设计

以MEMS陀螺仪传感器为基础,设计了一种闭环驱动开环检测的单轴MEMS陀螺仪信号处理电路。采用时域分析方法,对MEMS陀螺仪闭环驱动环路进行了稳定性分析,并提出了一种对等效电容共模部分不敏感的CV转换结构。结果显示,线性度〈±0.5%、功耗〈150 mW、ADC分辨率〉11 bit。     

采用射频调制实现对单频激光器频率噪声的抑制

在使用铷原子饱和吸收谱线作为激光频率参考进行稳频的激光稳频系统中,环路带宽是影响激光输出频率噪声的重要因素之一。对激光稳频系统中限制环路带宽的主要因素进行分析,使用射频调制信号直接调制商用外腔半导体激光器的高速电流调制端来对激光稳频系统的环路带宽进行拓展。根据对稳频环路的分析,合理设置反馈电路,实现激光稳频。使用低频谱分析仪对稳频后的鉴频信号进行分析,发现带宽拓展后,在傅里叶频率为5kHz处对频率噪声的抑制度达到了20dB以上。通过将该稳频激光器输出的激光与锁定在极稳恒温晶振上的飞秒光学频率梳进行拍频,测量了该稳频激光相对光梳的频率噪声,测量结果与直接分析鉴频信号的结果吻合。经过测量,通过拓展带宽抑制频率噪声,稳频激光器的短期频率稳定度得到改善。最后,测量了稳频激光相对于锁定在恒温晶振上的飞秒光学频率梳的频率稳定度,Allan方差在平均时间1s时达到4.52×10~(-12),在平均时间20s时达到1.65×10~(-12)。     

硅微陀螺仪接口位移噪声对检测性能的影响

研究了基于调制解调的硅微陀螺仪检测信号提取原理,推导了开环检测传递函数。根据调制解调的频谱转移特性,提出了有效位移噪声是高斯窄带噪声。推导了开环检测时位移噪声的等效角速度公式,分析表明,要提高噪声性能可以减小噪声功率密度、带宽和增加陀螺仪机械灵敏度。同时还推导了闭环检测时位移噪声的等效角速度公式。通过比较开环检测和闭环检测情况下由接口位移噪声导致的噪声等效角速度表明:闭环检测并不能减少由接口位移噪声导致的平均噪声等效角速度。据此设计实际电路,试验结果表明在100Hz频段内,闭环检测噪声谱密度基本等于开环检测噪声谱密度,验证了理论的正确性。     

基于PSWF的非正弦时域正交频分调制方法

针对现有非正弦时域正交调制方法应用于大相对带宽系统中存在脉冲组设计复杂度高、实现困难、不利于对调制信号进行均衡和比特加载的问题,提出一种改进的非正弦时域正交频分调制方法.把频分复用的思想用于该调制方法,将工作频段分为多个相邻的子频段,在每个子频段内分别进行非正弦时域正交调制,利用频分特性避免了在不同频段内进行施密特正交化,降低了调制器的复杂度并且有利于信道均衡和比特加载.仿真结果表明,相同条件下,改进的调制方法与原有方法的误码性能几乎相同.该调制方法复杂度低、易于实现,有利于进行均衡和比特加载,抗多径性能强,更适用于大相对带宽有线或无线通信系统.     

基于Multisim的机械抖动陀螺抖动环控制电路仿真分析

机械抖动机构是抖动偏频激光陀螺仪中的一个精密机电元件,为了提高陀螺的精度,消除抖动偏频的动态闭锁误差,需向正弦信号中注入随机噪声,使抖动幅度在一定范围内随机变化,达到消除动态闭锁误差的目的.通过Multisim软件对加入噪声以及锁相器的抖动环控制电路进行仿真分析,仿真结果得到了改进电路后抖动电路的驱动信号.     

基于ＰＳＷＦ 的非正弦时域正交频分调制方法

针对现有非正弦时域正交调制方法应用于大相对带宽系统中存在脉冲组设计复杂度高、实 现困难、不利于对调制信号进行均衡和比特加载的问题,提出一种改进的非正弦时域正交频分调制 方法。把频分复用的思想用于该调制方法,将工作频段分为多个相邻的子频段,在每个子频段内分 别进行非正弦时域正交调制,利用频分特性避免了在不同频段内进行施密特正交化,降低了调制器 的复杂度并且有利于信道均衡和比特加载。仿真结果表明,相同条件下,改进的调制方法与原有方 法的误码性能几乎相同。该调制方法复杂度低、易于实现,有利于进行均衡和比特加载,抗多径性能 强,更适用于大相对带宽有线或无线通信系统     

带通ΣΔ调制器在MEMS陀螺驱动环路的应用

研究了MEMS陀螺驱动环路的数字ΣΔ闭环控制.基于MEMS陀螺机械结构的二阶谐振特性,采用自激振荡的方式实现驱动闭环,通过数字延迟链实现相位控制,通过PI控制器保证驱动模态恒幅振动.设计4阶机电结合带通ΣΔ调制器代替数模转换器(DAC)实现静电力反馈,来抑制闭环控制系统的带内噪声,同时降低驱动级模拟电路的复杂度.通过FPGA进行实验验证,测试结果表明应用该驱动环路,其驱动模态振动幅值稳定性为3.67×10-4,MEMS陀螺输出零偏不稳定性为1.219°/h.     

星载统一测控载波跟踪环相位噪声分析

为了保证测速和测距精度,有效手段之一是在星载统一测控应答机上采用嵌套环路结构的载波跟踪环完成相干载波提取。由于利用了相干本振补偿多普勒频移,必须考虑输入相位噪声对本振相位噪声的影响。为了准确预测环路输出相位噪声性能,对环路中各部件贡献的相位噪声进行了分析。针对不同噪声源,运用信号流图的分析方法建立了对应的环路相位噪声模型,通过仿真计算得到了不同输入信号功率条件下的环路输出相位噪声功率谱,与实际电路的测试结果对比,证明了该环路相位噪声模型的准确性。应用该模型能提高环路设计的准确性和效率。     

噪声跟踪干扰检测算法性能分析

基于认知无线电中协作频谱感知的思想,提出了一种跳频通信中噪声跟踪干扰的检测算法。首先采用能量检测算法,研究了干扰条件下单跳信号的检测性能。在此基础上,应用“k out of n”准则,在决策融合模块实现对噪声跟踪干扰的检测,推导了AWGN信道下噪声跟踪干扰的检测性能。理论分析和仿真结果表明,随着信干噪比的逐渐减小,对于单跳信号和噪声跟踪干扰的检测概率均逐渐增大;而在相同信干噪比情况下,噪声跟踪干扰的检测概率较单跳信号的检测概率得到了提高。      

数字锁相环的参数设计及其应用

数字锁相环路（DPLL）是数字相干解调技术的核心。根据锁相环理论,分析了在最小等效噪声带宽、最小相位均方误差以及最短锁定时间三种意义上的参数优化设计方案,并给出了简明的、具有一定工程指导意义的结果。该结果在应用了Intel公司解调芯片STEL－2105的系统中获得了具体应用。     

一种自偏置锁相环结构的分析

介绍了一种自偏置结构形式的锁相环设计方法,在一定程度上可以对锁相频率源输出信号质量进行改善,提升产品性能,简化设计。在没有增加额外环外混频频率信号的情况下,对改进后的锁相环电路进行测试,其相位噪声指标提高约10 dB,具有较大的工程应用优势。     

PPM光通信相关式数字锁相环时隙同步器

脉位调制（PPM）光通信的时隙同步器可用数字锁相环来实现，文中介绍此锁相环的相关式数字滤波器（DLF）原理及基于可编程逻辑器件（EPLD）的数控振荡器（DCO）原理。对环路进行了计算机模拟，表明这种时隙同步器是具有优良的抗噪性能和快速同步能力的。     

基于载波恢复的阿尔法导航信号测相方法

阿尔法导航系统通过测量接收机与多个台站间的相位差来进行定位。传统的直接鉴相法测量精度较低。基于载波恢复的相位测量方法利用锁相环进行载波恢复，再利用恢复的载波进行相位测量。仿真分析的结果证明，此方法能够抑制噪声信号，相较于直接鉴相法具有更高的测量精度。     

高动态环境下无数据辅助的扩展Kalman滤波载波跟踪环

针对高动态及低信噪比情况下的GPS载波跟踪问题,该文提出一种无数据辅助情况下基于扩展Kalman滤波的载波跟踪环。该环路通过直接判决去掉调制信息,并利用去掉调制信息后的积分-清零滤波器输出直接作为扩展Kalman滤波的观测向量,以避免引入鉴相器而使环路在低信噪比情况下工作时受到限制。仿真结果表明,相比较于三阶锁相环,及利用鉴相器辅助的线性Kalman滤波载波跟踪环路,该文提出的环路具有更低的失锁概率及更小的相位跟踪误差。     

Revisiting the doppler filter of LEO satellite GNSS receivers for precise velocity estimation

The theoretical aspects of the precise velocity determination of Low Earth Orbit (LEO) satellites’on board Global Navigation Satellite Systems (GNSS) receivers are derived. It shows that the receiver’s Phase Lock Loop (PLL) is required to feature extremely small group delay within its low frequency band, which is in contrast to existing work that proposed wide band linear phase filters. Following this theory, a Finite Impulse Response (FIR) filter is proposed. To corroborate, the proposed FIR filter and an Infinite Impulse Response (IIR) filter lately proposed in literals are implemented in a LEO satellite onboard GNSS receiver. Tests are conducted using a third party commercial GPS signal generator. The results show that the GNSS receiver with the proposed FIR achieves 11 mm/s R.M.S precision, while the GNSS receiver with the IIR filter has a filter-caused velocity error that can not be ignored for space borne GNSS receivers.     

高动态GPS接收机跟踪环路设计与实现

为了解决高动态环境下GPS信号跟踪问题,讨论了跟踪环路类型和参数的选择策略,给出了一组适合高动态应用的环路参数,分析了基于开环频率估计和2阶FLL(Frequency Lock Loop)辅助3阶PLL(Phase Lock Loop)的高动态环境下快速的捕获转跟踪方法,给出了在由FPGA和DSP组成的硬件平台上的具体实现,利用GPS信号模拟器对所设计的跟踪环路的动态性能进行了验证。测试结果表明所设计的高动态跟踪环路能够承受60g视距动态应力。     

基于信噪比门限判断和小波变换的SAR干涉图滤波法

该文首先研究了一种基于离散小波变换(DWT)的干涉图滤波算法,对该算法的噪声模型和处理流程进行了详细的分析,并在其基础上做了基于静态小波变换(SWT)的改进。接着利用实测数据对这两种方法做了实验,通过对实验结果的分析,提出了一种高噪声环境下,在保证残点数降低率的同时,还能提高干涉条纹质量的滤波方法。在此滤波方法的基础上, 进一步提出了基于信噪比门限判断的干涉图两级处理滤波法,并对其处理流程做了详细的讨论。利用实测数据对该方法进行了仿真,实验结果验证了该方法的有效性。