硅微机械陀螺的信号分析与处理

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硅微机械陀螺经过本单位多年的探索和实践生产,制作工艺有了很大的改进,产品的模拟性能已经逐渐提高并且也能达到较高的稳定输出,其用户也逐渐增多,但是由于该陀螺的特殊性以及前沿性,如何有效利用该陀螺的输出信号应用到实际的惯性制导上却成了现时大规模推广应用该产品的瓶颈。鉴于国内尚没有有关该种陀螺的应用性技术报道。本文探索性的利用陀螺信号特征设计了两种应用,并结合数字电路做出产品,用于满足一些用户在此方面的要求。   本文讨论的应用之一是利用陀螺的输出信号的特征的提取,研究出了具有测量载体自旋角速度、自转频率的测量仪器。该仪器是利用旋转体自身旋转代替驱动,因而结构简单、成本低,可广泛应用在旋转载体的自旋角速度的姿态测量中。论文从无驱动硅微机械陀螺的输出信号特征出发,分析其特点,首先设计出了提取较微弱的敏感信号的模拟放大电路,然后结合信号特征,设计了以单片机MSC1214Y3为核心的处理该信号的数字电路,加上较为简洁的算法,利用C语言编写程序,设计出了具有测量自旋频率的该系统。   本文所讨论的应用之二是利用无驱动硅微机械陀螺的输出信号,结合另外加入的一个加速度计输出信号,研究出了具有测量偏航、俯仰方向和角度大小的一个惯性组合系统。该系统的设计是建立在应用一的基础上,加上额外的一个加速度计的输出信号作为地球坐标的参考,原理就是利用其输出信号的相位差进行比较,得出了以地球坐标系为基础的偏航和俯仰角度。然后利用陀螺输出信号的特点获取了载体在偏航和俯仰过程中的角速度大小,利用数学积分得出了其偏航和俯仰角度的大小。硬件方面几乎和应用一相同,就是在提取信号的模拟板上加上了必要的加速度计,经过隔直流和放大的处理后进入数字板的AD采样通道。数字板方面也无大的变化,在应用一的基础上加入另一个AD采样通道用以对加速度计的信号进行采样。软件程序方面还是以C51为主,在KEIL集成环境下进行。算法选择了简洁、快速的过零点相位检测方法,这种方法所需信号处理器的要求低,在成本方面和开发难度方面占有优势。   论文的最后是对整个研究生阶段所做工作做了小结,对所做的两个系统的不足之处做了说明。另外,对以后的工作的方向进行了说明,希望能够不断加强对无驱动硅微陀螺的应用性开发。
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