基于改进小波阈值法的MEMS陀螺仪信号降噪研究

在具备可测量角度功能的扭矩扳手的设计过程中,选用基于微机电系统（MEMS）陀螺仪来完成角度测算功能。随机噪声是影响MEMS陀螺仪精度的重要因素之一,为提高MEMS陀螺仪的测量精度,论文提出了一种改进小波阈值去噪法。该算法兼顾传统小波阈值去噪法中硬、软阈值函数的优点,引入可调节参数增强阈值函数的自适应性,选取了合适的小波基函数,确定最优分解层数。通过Matlab进行仿真,对比改进前后信号的信噪比（SNR）和均方根误差（RMSE）数据。实验结果验证了该方法可以削弱传统小波阈值函数带来的信号失真程度和信号振荡程度,提高MEMS陀螺仪输出数据的精度。     

基于GUI的大量程MEMS陀螺仪快速标定设计

针对MEMS大量程陀螺仪量程较大,一般的标定设备达不到需要的转速,因此不适合用三轴位置速率转台标定。设计了一种新的标定设备,提出了一种适用于大量程微机电陀螺仪的标定方法,并设计了GUI操作界面。根据微机电陀螺仪的输出数学模型,推导了如何得到MEMS陀螺仪的零点和标定因数等参数。通过实验数据分析可知,大量程微机电陀螺仪标定设备可以标定20 r/s的大量程陀螺仪。该设备原理简单且易于实现,具有较高的应用价值。     

MEMS三轴数字陀螺仪标定方法研究

MEMS陀螺仪作为低成本惯性测量单元在物体姿态监测与导航控制中有着广泛应用.根据三轴数字陀螺仪的数学模型,设计了三轴数字陀螺仪的标定实验,介绍了数学模型中陀螺仪标度因数、安装误差系数以及零偏移值的计算与处理方法.理论分析与实验结果表明:该标定方法原理简单、易于实现,且标定结果精度高,标定后的解算矩阵可为后续姿态解算和导航控制提供较为准确的量测数据,同时,该标定过程和数据处理方法对MEMS三轴数字陀螺仪的标定具有一定的参考价值.     

阈值去噪与RBF神经网络在MEMS陀螺仪误差补偿中的应用

针对现有MEMS陀螺仪中随机误差较大,导致器件输出信噪比低进而影响其应用范围的现状,提出一种基于小波阈值去噪与梯度径向基( RBF)神经网络结合的MEMS陀螺漂移非平稳时间序列建模预测方法。首先采用Allan方差法分析了MEMS陀螺仪的主要随机误差,随后利用小波阈值去噪分离出MEMS陀螺误差模型中的白噪声及漂移误差,最后采用RBF神经网络对漂移数据进行建模。通过实验对文中所述的误差补偿方法进行验证,表明了方法的有效性,对于基于MEMS陀螺仪的惯导系统精度提高具有重要意义。     

自适应Kalman滤波在MEMS陀螺仪信号处理中的应用

通过中值滤波和均值滤波的有机结合,可以去除MEMS陀螺仪漂移中的"野点"信号。基于Haar小波基的小波变换,寻找到了一种易于实时在线实现的漂移特征提取方法。对残差信号进行二阶AR模型分析建模后,利用改进的自适应Kalm an滤波算法,对残差信号进行滤波,提高了被处理漂移信号的精度。实际测量数据的处理结果验证了该MEMS陀螺仪去漂移方法的有效性。     

MEMS角速率陀螺仪标定实验与数据处理

分析了以微电子机械MEMS技术制成的单片偏航角速率陀螺仪ADXRS150的匹配电路原理与工作原理,阐述了角速率陀螺仪的设计要点,设计并搭建了其标定实验平台,对其进行标定实验,通过对标定实验所得的数据进行处理和分析,得到标定曲线和误差分析关系式,从而给出在陀螺仪标定实验可行的数据处理方法。     

一种基于小波阈值去噪的改进方法

小波理论是一新兴的信号处理理论。它在时间和频率上都有很好的局部性：分析低频信号时，其时间窗很大；分析高频信号时，其时间窗较小。小波理论已成为信号去噪处理中的一种重要的工具。基于传统的阈值去噪方法，在分析研究了它们的优缺点之后．本着改进滤波效果，提高去噪质量的目的，提出了一种改进方法。该改进方法克服了传统阈值去噪方法的缺陷。并适用于进一步的自适应滤渡的需求．仿真实验证实了该改进方法的有效性和优越性。     

MEMS惯性传感器随机误差分析与去噪研究

针对MEMS传感器中存在的误差,采用Allan方差法分析法分析其存在的误差类型,并通过改进小波阈值函数、调整分解尺度观察存在的误差项在去噪前后的变化,探究各误差项与阈值函数、分解尺度之间存在的关系,从而有针对性地对MEMS惯性传感器中存在的特定随机误差进行降噪;结果表明:几类改进阈值函数对角(速)度随机游走的抑制效果与软、硬阈值函数无明显差异,效果并不理想;不同的尺度分解可以去除不同的误差项,从而提高MEMS传感器精度。     

一种改进的小波阈值去噪方法

为了改进滤波效果。提高去噪质量，在分析目前被广泛应用的软阈值和硬阈值去噪方法的基础上，提出了一种改进方法。小波阈值去噪的关键是阈值函数的构造和阈值的选取，该方法融合了软阈值和硬阈值去噪方法的不同特点，在阈值函数中引入参数，通过调整参数以获得较优的小渡系数的阈值估计，使得改进阈值介于硬阈值与软阈值之间，有效克服了采用硬阈值法去噪效果不佳和软阈值法过度光滑使信号失真的缺点。仿真结果表明：该方法在去噪的同时减少了信息的损失，信噪比、均方根误差等性能指标。较软阈值和硬闽值方法均有明显提高。     

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。     

低成本MEMS陀螺实时滤波方法

为找到一种普遍适合低成本MEMS陀螺仪的随机误差实时处理方法,利用Allan方差分析法首先对MEMS陀螺仪进行分析,根据其误差特性进而设计了平均滤波算法以剔除粗大误差,然后使用最小二乘法,通过拟合前一段历史结果得到下一时刻输出的预测值,基于以上工作最终设计出Kalman滤波器对所输出进行滤波。由于将最小二乘法的推测作为预测过程,避免了系统状态模型难以准确建立的问题。该方法动态性能好,具有普适性。实验结果证明,该方法在静态和动态下均能有效工作,滤波后常值漂移被有效补偿,角度随机游走不再占误差的主要成分,均方差小于滤波前的十分之一。     

基于低成本MEMS陀螺的小波阈值去噪应用研究

通过有效抑制微机电系统(MEMS)陀螺的随机漂移误差,实现了提高低成本MEMS陀螺的测量精度.研究了小波阈值去噪算法的基本原理,分析了影响小波阈值去噪质量的主要因素;确定了小波函数类型、小波分解的层数、去噪阈值以及去噪阈值函数;利用小波阈值去噪算法对实际陀螺信号进行了去噪处理,结果表明:陀螺随机漂移得到了明显的抑制,取得了良好的去噪效果.     

基于介观压光效应的MEMS陀螺研究

依据介观压光效应原理,设计出了一种新型高灵敏谐振式MEMS陀螺,其利用镜像异质三周期光子晶体的介观压光效应代替传统压阻式微陀螺中的力敏电阻器,当光子晶体受轴向应力作用时,其透射率随之发生变化,因此,通过检测透射光强可解算出输入角速度的大小.陀螺结构采用4对梳齿电容驱动,驱动模块与检测模块相互独立,其具有耦合效应小,机械灵敏度高的特点.经数值计算与仿真分析,得到该微陀螺频率匹配率为0.6％,透射率灵敏度达到73μcd/(°)/s,证明了其频率匹配良好,可实现高灵敏度的角速度的测量.     

Dynamics and control of a MEMS angle measuring gyroscope

This paper presents an algorithm for controlling vibratory MEMS gyroscopes so that they can directly measure the rotation angle without integration of the angular rate, thus eliminating the accumulation of numerical integration errors incurred in obtaining the angle from the angular rate. The proposed control algorithm consists of a weighted energy control and a mode tuning control. The weighed energy control compensates unequal damping terms and keeps the amplitude of oscillation constant in an inertial frame by maintaining the prescribed total energy. The mode tuning control continuously tunes mismatches in spring stiffness in order to maintain a straight line of oscillation for the proof mass. The simulation results demonstrate the feasibility of the control algorithm and the viability of the concept of using a vibratory gyroscope to directly measure rotation angle.     

微机械陀螺仪模态分析

利用计算机软件对有限元法构建的微机械陀螺仪模型进行分析可以掌握其各种参数。根据静电梳状驱动结构,设计符合性能指标的陀螺仪结构,并利用有限元分析法借助ANSYS软件对陀螺仪进行模态分析,从而得出陀螺仪的驱动模态和敏感模态,为已经设计的结构提供分析和修正的参考,从而提高微机械陀螺仪设计结构的品质因数。     

振动环境下MEMS陀螺动态误差补偿方法

为解决微机电(micro electromechanical system,MEMS)陀螺仪在随机振动力学环境中的动态误差问题,提出一种MEMS陀螺仪动态误差的补偿方法,建立动态误差模型。通过对MEMS陀螺仪动态误差影响因素的分析,在MEMS陀螺仪静态误差模型基础上加入与振动输入相关的误差项,减小由于随机振动引入的误差,提高MEMS陀螺仪在随机振动环境下的测量精度。结合实例,对所提模型进行仿真分析,验证了其可行性和有效性。     

实用的MEMS惯性器件外场标定方法

在实际工程应用中,当不具备高精度实验室标定设备时,研究简易可行的MEMS惯性器件外场标定算法非常有必要。在分析MEMS惯性器件误差模型的基础上,提出一种基于椭球模值约束算法的外场标定方法,通过设计合理的实验编排方案和有效的求解算法来实现对误差模型参数的估计。对比实验结果表明:所提出的标定方法简易可行,其误差系数在合理的误差范围内,从而证明了该外场标定方法的有效性。     

MEMS gyroscope control system using a band-pass continuous-time sigma-delta modulator

This paper presents a MEMS gyroscope control system of using a high-order band-pass continuoustime sigma-delta modulator.Compared with a low-pass discrete-time sigma-delta modulator based solution,the band-pass modulator can considerably decrease the sampling frequency;moreover,the continuous-time architecture has an obvious advantage on PCB prototyping and shorter lead time of the implementation in hardware.System level simulations using MATLAB/Simulink show the proposed sixth order sigma-delta modulator can achieve a high SNR of 100 dB for an angular rate input with an amplitude of 200/s and a frequency of32 Hz.A PCB circuit implementation is simulated using Orcad/PSpice to analyze the stability,and implemented in hardware.Measurement of the power spectral density of the output bitstream reveals a noise floor of90 dBV/Hz1/2.The prototype is tested on a rate table with an angular rate input,verifying that the principle of the approach of using an electro-mechanical band-pass sigma-delta modulator control system for a MEMS gyroscope.     

梳状音叉MEMS陀螺漂移时间序列建模方法研究

根据一种典型结构的梳状音叉MEMS陀螺的非随机性误差特性,借助ARIMA模型对其进行描述。在ARIMA模型参数估计的过程中,引入虚拟白噪声来补偿参数估计过程中的由于噪声未知而引入的误差,根据样本的自相关函数、偏相关函数,并结合AIC与BIC准则确定模型阶数,利用最大似然估计对模型参数进行估计,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。实验结果表明:采用该方法所确定的模型能够精确地描述MEMS陀螺的漂移特性,预测陀螺的输出。