硅微陀螺漂移信號處理方法研究.pdf

1、硅微機械陀螺與傳統(tǒng)的機電類陀螺和光電類陀螺相比,具有成本低、尺寸小、重量輕、可靠性高等優(yōu)點。對硅微機械陀螺的研究與開發(fā)已經(jīng)成為近幾十年來的研究熱點。基于目前的設(shè)計和加工水平,國內(nèi)研制的硅微陀螺樣機的精度還比較低。提高其可用精度的方法之一是對硅微陀螺漂移應(yīng)用有效的信號處理方法進行處理并補償。論文以本實驗室已研制的硅微陀螺樣機為基礎(chǔ),運用不同的信號處理方法,對其隨機漂移進行分析處理和補償,有效提高了硅微陀螺的測量精度。論文的主要工作如下：

2、 (1)概述了目前國內(nèi)外硅微陀螺漂移信號的處理和補償方法,分析了各自的優(yōu)缺點。 (2)系統(tǒng)研究了硅微陀螺的靜電驅(qū)動和電容檢測技術(shù),分析了檢測靈敏度、工作帶寬等性能指標與陀螺儀驅(qū)動模態(tài)和檢測模態(tài)的品質(zhì)因數(shù)及固有頻率等參數(shù)之間的關(guān)系,探討了影響硅微機械陀螺儀性能指標的正交誤差、頻率偏移、軸向干擾加速度、熱噪聲等誤差產(chǎn)生的原因以及抑制或消除這些誤差所采取的措施。 (3)基于本實驗室研制的硅微陀螺樣機的測量數(shù)據(jù),利用時間序

3、列分析方法對硅微陀螺漂移信號差分后的AR模型系數(shù)的重復(fù)性進行分析,提出一種在線確定AR模型系數(shù)的方法。同時,提出利用自適應(yīng)補償方法對硅微陀螺隨機漂移信號進行補償。對DDS的時間序列分析方法的結(jié)果和AR模型的分析結(jié)果進行了比較?；诠栉⑼勇萜颇Ｐ椭写嬖诘姆蔷€性,采用UKF濾波方法對AR建模后的陀螺漂移進行處理,消除了環(huán)境噪聲與陀螺的非線性耦合引起的隨機漂移,克服了時間序列處理方法中模型參數(shù)的不確定性和不穩(wěn)定性,提高了硅微陀螺的測量精度。

4、 (4)對小波變換的基本理論和不同的小波去噪方法進行了研究和分析、比較。選擇小波變換的閾值去噪方法對陀螺漂移信號進行了去噪處理。對小波基和閾值的選取進行了分析。針對硅微陀螺漂移信號的特點,運用中值濾波和小波平移不變?yōu)V波相結(jié)合的聯(lián)合濾波方法有效消除了漂移信號中的脈沖信號和信號處理過程中出現(xiàn)的偽吉布斯現(xiàn)象?？紤]到小波變換過程中的運算負擔,提出一種可以省去抽取和內(nèi)插過程的小波快速算法。根據(jù)離散小波變換分頻段的特點,對小波變換后的尺度系

5、數(shù)和小波系數(shù)運用前向線性預(yù)測技術(shù),可以更加有效地提高漂移信號的去噪效果。實際測量數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明,綜合運用上述小波變換的處理方法,可以提高小波變換的去噪能力,算法的復(fù)雜度和實時性并沒有增加多少。 (5)同類多傳感器的信息融合技術(shù)可以獲得比它的組成部分更優(yōu)越的性能。平均加權(quán)法、最優(yōu)加權(quán)法、Kalman濾波等方法是一些最常用的信息融合算法。運用硅微陀螺陣列技術(shù)和信息融合的信號處理方法是提高硅微陀螺的測量精度的一種有效途徑?；诠栉⑼?/p>

6、螺測量的一種隨機信號模型和硅微陀螺陣列信號,利用Kalamn濾波方法對硅微陀螺陣列信號進行了信息融合,對融合后的總體漂移特性進行了分析和研究,重點對融合后的硅微陀螺的靜態(tài)漂移和陣列中各陀螺之間的相關(guān)性進行了分析。分析結(jié)果表明,在合適的相關(guān)性條件下,融合后硅微陀螺陣列的漂移可以降低兩個數(shù)量級以上。即使不考慮陀螺之間的相關(guān)性,這種融合方法對陀螺陣列性能的改進比常用的平均加權(quán)和最優(yōu)加權(quán)的信息融合方法也要好很多。 根據(jù)動態(tài)信號測量過程的

7、特點,論文運用了陀螺陣列的冗余檢測技術(shù)和信號差分技術(shù),通過合適的融合方程,可以間接獲得硅微陀螺的實時漂移,進而獲得外界真實的角速度。同時,結(jié)合硅微陀螺的運動規(guī)律,提出對已分離出的陀螺漂移的動態(tài)信號進行進一步的Kalman濾波處理,使得測量噪聲得到有效降低,動態(tài)測量過程的信噪比也得到顯著提高。如果對陣列中的陀螺進行合理搭配,該方法可以將硅微陀螺陣列的動態(tài)測量精度提高近一個數(shù)量級。 為了增強數(shù)字信號處理算法的魯棒性,論文運用H_∞濾