硅微机械陀螺信号测试与处理

摘要

硅微机械陀螺属利用哥氏力敏感角速度的振动陀螺，主要用于制导装备、微型飞行器等的精确定位与姿态控制系统。它是在硅芯片上采用集成电路制造中的氧化、光刻、腐蚀等微电子加工技术制造而成，适合大规模生产，并有成本低、体积小、重量轻、功耗小、启动快等优点，引起了很多人的关注。 本文所讨论的陀螺是一种无驱动硅微机械陀螺，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姿态测量中。由于陀螺本身无驱动结构的特点，它的输出信号和一般的常规陀螺信号比较有较大的差异，有必要去研究这种信号的特征和姿态信息提取的方法。针对该陀螺输出信号的特殊性，论文首先阐述了这种无驱动硅微机械陀螺的结构和信号检测原理，接着建立了数字信号测试系统，然后使用MATLAB工具将测试得到的数字信号进行分析，提出了信号解调的两种方法：最小均方误差和过零点相位比较。对两种方法比较之后，最终选择了算法简洁、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。硬件方面，经过选型，搭建了以TI的MSC1214单片机为核心的陀螺信号处理系统，完成了模拟到数字的转换。软件方面，在KEIL的环境下，使用C和汇编语言混合编程的方法编译了硅微机械陀螺信号处理V1.0版。最后对整个工作做了总结，对工作中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，希望能够不断完善无驱动硅微陀螺的信号测试和解调系统。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2陀螺的研究现状

1.3硅微机械陀螺的研究现状

1.4本文的主要研究内容

1.5论文的结构安排

第2章无驱动硅微机械陀螺结构原理及信号检测

2.1引言

2.2陀螺的结构原理

2.2.1陀螺的结构

2.2.2结构原理分析

2.3信号检测

2.3.1信号的拾取

2.3.2信号预处理

2.4本章小结

第3章陀螺信号的测试

3.1引言

3.2测试系统的建立

3.2.1基于TDS3032数字示波器测试系统

3.2.2基于MSCl214单片机测试系统

3.3陀螺信号的测试

3.4本章小结

第4章硅微机械陀螺的信号处理

4.1引言

4.2信号的特征分析

4.3信号的解调处理

4.3.1陀螺信号解调

4.3.2重力加速度计频率的估计

4.4本章小结

第5章陀螺信号处理的软硬件实现的研究

5.1引言

5.2 MSC121X的结构及性能

5.2.1模拟特性

5.2.2数字特性

5.3硬件电路设计

5.3.1接口电路设计

5.3.2外围电路设计

5.4软件设计

5.5本章小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2进一步工作的方向

致谢

参考文献

附录

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果