本文關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子式陀螺儀信號處理技術(shù)研究

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【摘要】：球碟轉(zhuǎn)子式陀螺儀輸出的信號具有信號微弱,噪聲干擾大,有效信號頻帶內(nèi)的噪聲高等特點。為了優(yōu)化具有這些特點的球碟轉(zhuǎn)子式陀螺儀信號,本文設(shè)計了針對本文研究的球碟轉(zhuǎn)子式陀螺儀而進行優(yōu)化的開關(guān)解調(diào)電路,也設(shè)計了經(jīng)典濾波器與現(xiàn)代濾波器相結(jié)合的新型級聯(lián)數(shù)字濾波器。本文結(jié)合了硬件信號處理與數(shù)字信號處理的雙重優(yōu)點,以級聯(lián)的方式來滿足對于球碟轉(zhuǎn)子式陀螺儀的信號的高性能和高靈敏度的處理要求。在硬件信號處理部分,為了將球碟轉(zhuǎn)子式陀螺儀的電容的變化量轉(zhuǎn)化為電壓變化量,本文首先設(shè)計了電荷放大器和后級的差分放大器。這兩者的級聯(lián)使得球碟轉(zhuǎn)子式陀螺儀輸出的電荷信號轉(zhuǎn)化為了電壓信號。最后為了提高系統(tǒng)的性能,本文設(shè)計了無衰減信號移相器、精密參考源和電壓基準(zhǔn)源,也運用了高精密電阻電容、阻抗匹配等等。這些技術(shù)的應(yīng)用大大優(yōu)化了傳統(tǒng)經(jīng)典開關(guān)解調(diào)電路的架構(gòu),提升了系統(tǒng)的性能。為了方便后級的數(shù)字信號處理和滿足信號處理高精度和高速度的要求,本文設(shè)計了高精度的高速的AD轉(zhuǎn)換電路。采用AD7655作為AD轉(zhuǎn)換部分的芯片,設(shè)了AD轉(zhuǎn)換電路,搭建了實際的AD采樣電路板,最終實現(xiàn)了5KHz的轉(zhuǎn)換速率和16位的高精度。在數(shù)字信號處理部分,本文設(shè)計了12階巴特沃斯低通濾波器、1000級滑窗平均值濾波器、多傳感器融合卡爾曼濾波算法。經(jīng)過算法的實際驗證和性能的評估,本文發(fā)現(xiàn)1000級滑窗平均值濾波器表現(xiàn)出了更高的信噪比。而且多傳感器卡爾曼濾波器在提高信號穩(wěn)定性方面更勝一籌。在數(shù)字信號處理領(lǐng)域,DSP處理器有著獨有的優(yōu)勢,具有浮點數(shù)運算速率快、效率高的優(yōu)點。因此本文采用DSP處理器在數(shù)字信號處理環(huán)節(jié)對信號進行了優(yōu)化和性能提升。使得信噪比由原來的8.92提升為192,而這部分對于實際的應(yīng)用有著深淵的意義。最終,本文實現(xiàn)了高靈敏度(8.9V/pF)和高性能(THD=0.4%)的信號處理系統(tǒng)。
【關(guān)鍵詞】：陀螺儀 開關(guān)解調(diào) 信號處理 數(shù)字信號處理
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN911.7
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-15
• 1.1 課題背景8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-13
• 1.2.1 國外研究發(fā)展現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 國內(nèi)研究發(fā)展現(xiàn)狀10-13
• 1.3 本課題的目的及意義13
• 1.4 課題的主要工作13-15
• 第2章 轉(zhuǎn)子式陀螺儀的工作原理15-22
• 2.1 轉(zhuǎn)子式陀螺儀的工作原理15-18
• 2.2 系統(tǒng)整體原理18
• 2.3 相敏解調(diào)原理18-21
• 2.4 本章小結(jié)21-22
• 第3章 轉(zhuǎn)子式陀螺儀信號檢測電路的硬件設(shè)計22-41
• 3.1 信號檢測電路的系統(tǒng)設(shè)計22-23
• 3.2 前級電荷轉(zhuǎn)換和信號放大器的設(shè)計23-28
• 3.2.1 電荷放大器的設(shè)計23-26
• 3.2.2 二階高通濾波器器的設(shè)計26-27
• 3.2.3 二階低通濾波器的設(shè)計27-28
• 3.3 開關(guān)解調(diào)電路的設(shè)計28-34
• 3.3.1 高精度載波電路的設(shè)計28-32
• 3.3.2 高精度開關(guān)解調(diào)電路的設(shè)計32-34
• 3.3.3 實際的開關(guān)解調(diào)電路板34
• 3.4 開關(guān)相敏解調(diào)電路的改進與優(yōu)化34-39
• 3.4.1 移相電路的設(shè)計34-35
• 3.4.2 低噪聲運放放大電路設(shè)計35-36
• 3.4.3 高精度電壓基準(zhǔn)源電路設(shè)計36-37
• 3.4.4 低紋波電源電路的設(shè)計37
• 3.4.5 低溫漂電阻和電容的運用37-38
• 3.4.6 PCB電路的優(yōu)化設(shè)計38-39
• 3.5 本章小結(jié)39-41
• 第4章 轉(zhuǎn)子式陀螺儀信號的數(shù)字信號處理41-53
• 4.1 AD高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計41-42
• 4.2 數(shù)字信號處理濾波算法研究42-47
• 4.2.1 滑窗平均值濾波器的設(shè)計43
• 4.2.2 192級滑窗平均值數(shù)字低通濾波器的設(shè)計和驗證43-46
• 4.2.3 1000級滑窗平均值數(shù)字低通濾波器的設(shè)計和驗證46-47
• 4.3 巴特沃斯低通數(shù)字濾波器的設(shè)計47-51
• 4.3.1 2 階巴特沃斯低通濾波器的設(shè)計和驗證47-50
• 4.3.2 12階巴特沃斯低通濾波器的設(shè)計和驗證50-51
• 4.4 卡爾曼多傳感器融合濾波算法的設(shè)計51-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 第5章 轉(zhuǎn)子式陀螺儀信號處理系統(tǒng)的測試與分析53-59
• 5.1 功能的驗證53-55
• 5.1.1 陀螺儀的穩(wěn)態(tài)分析53-54
• 5.1.2 陀螺儀的動態(tài)分析54-55
• 5.2 檢測電路硬件部分的性能的評估55-57
• 5.2.1 信號檢測電路的靈敏度55-56
• 5.2.2 陀螺儀的標(biāo)度因數(shù)56
• 5.2.3 信號采集性能的SFDR(無雜散動態(tài)范圍)56
• 5.2.4 信號采集性能的SNDR(信噪失真比)56
• 5.2.5 信號采集性能的THD(總諧波失真)56-57
• 5.3 后級的數(shù)字濾波器的性能的評估57
• 5.4 本章小結(jié)57-59
• 結(jié)論59-60
• 參考文獻60-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文64-66
• 致謝66

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本文編號：815707