转子式陀螺仪信号处理技术研究

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1、硕士学位论文（工学硕士）转子式陀螺仪信号处理技术研究THESTUDYOFROTORGYRO’SSIGNALPROCESSING张瑞敏哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：V241.5学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文转子式陀螺仪信号处理技术研究硕士研究生：张瑞敏导师：张海峰副教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：微电子学与固体电子学所在单位：航天学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V241.5U.D.C:621.3DissertationfortheMa

2、ster’sDegreeofEngineeringTHESTUDYOFROTORGYRO’SSIGNALPROCESSINGCandidate:RuiminZhangSupervisor:Ass.Prof.HaifengZhangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofScienceSpecialty:MicroelectronicsandSolid-StateElectronicsAffiliation：SchoolofAstronanticsDateofDefense:June,2016Degree-Conferrin

3、g-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要球碟转子式陀螺仪输出的信号具有信号微弱，噪声干扰大，有效信号频带内的噪声高等特点。为了优化具有这些特点的球碟转子式陀螺仪信号，本文设计了针对本文研究的球碟转子式陀螺仪而进行优化的开关解调电路，也设计了经典滤波器与现代滤波器相结合的新型级联数字滤波器。本文结合了硬件信号处理与数字信号处理的双重优点，以级联的方式来满足对于球碟转子式陀螺仪的信号的高性能和高灵敏度的处理要求。在硬件信号处理部分，为了将球碟转子式陀螺仪的电容的变化量转化为电压

4、变化量，本文首先设计了电荷放大器和后级的差分放大器。这两者的级联使得球碟转子式陀螺仪输出的电荷信号转化为了电压信号。最后为了提高系统的性能，本文设计了无衰减信号移相器、精密参考源和电压基准源，也运用了高精密电阻电容、阻抗匹配等等。这些技术的应用大大优化了传统经典开关解调电路的架构，提升了系统的性能。为了方便后级的数字信号处理和满足信号处理高精度和高速度的要求，本文设计了高精度的高速的AD转换电路。采用AD7655作为AD转换部分的芯片，设了AD转换电路，搭建了实际的AD采样电路板，最终实现了5KHz的转换速率和16位的高精度。在数字信号处理部分，本

5、文设计了12阶巴特沃斯低通滤波器、1000级滑窗平均值滤波器、多传感器融合卡尔曼滤波算法。经过算法的实际验证和性能的评估，本文发现1000级滑窗平均值滤波器表现出了更高的信噪比。而且多传感器卡尔曼滤波器在提高信号稳定性方面更胜一筹。在数字信号处理领域，DSP处理器有着独有的优势，具有浮点数运算速率快、效率高的优点。因此本文采用DSP处理器在数字信号处理环节对信号进行了优化和性能提升。使得信噪比由原来的8.92提升为192，而这部分对于实际的应用有着深渊的意义。最终,本文实现了高灵敏度（8.9V/pF）和高性能（THD=0.4%）的信号处理系统。关键

6、字：陀螺仪；开关解调；信号处理；数字信号处理；1哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractRotorgyroscopehavingaweaksignal,loudnoiseandnoiseinthesignalband.Inordertooptimizethesignaloftherotorgyroscopewiththesecharacteristics.Thisarticleisdesignedtooptimizetheswitchdemodulationcircuitofrotorgyroscope,andthisarticlealsod

7、esignedacascadeddigitalfilterswhichcombinedmodernfiltersandclassicfilter.Inacombinationoftheadvantageofhardwaresignalprocessingandtheadvantageofdigitalsignalprocessing,Thisarticleachieveshighperformance,highsensitivityandmeetstherotorgyroscopesignalprocessingrequirements.Inthe

8、hardwaresignalprocessingsection,inordertoputtheballdiscrotorg