高精度加速度计信息采集及噪声误差处理

摘要

惯性导航系统是由陀螺仪和加速度计等惯性元件作为核心部分来得到运载体相对惯性空间的各种运动参数。其中，加速度计作为一种直接测量元件，连续测量得到舰体的加速度，它的精度会直接影响解算出的速度和经纬度等参数的准确性，从而影响导航系统的误差，因此，需要提高解算中的加速度参数精度。本课题依据舰载惯性导航设备对高分辨率及宽动态范围的加速度计信息采集单元需求，选用具有分辨率高、重复性好、稳定性高等优秀的性能参数的石英挠性加速度计，设计并完成了相应的采集电路，及其噪声误差的分析处理，测试表明采集方案符合预期要求。
　　首先，进行了加速度计信息采集方案的设计。在分析了加速度计工作原理的基础上，比较电流频率转换和模数转换这两种不同的数据采集方案，并指出其优缺点，根据舰载导航设备对加速度参数高分辨率、宽动态范围和实时性等指标需求，设计了AD转换采集方案。
　　然后，设计并完成了加速度计信息采集电路及其噪声的处理。采集电路以31位的高精度模数转换器ADS1281为核心，匹配相应的前置信号处理电路，以充分发挥AD转换器的性能。对于采集电路中各种元器件带来的噪声误差，采取硬件滤波电路、数字滤波处理等方法去减小采集电路的噪声给系统带来的影响，同时考虑到了印刷电路板（PCB）的布局布线及电源系统的散热，并对数字信号和模拟信号进行了隔离。其中，数据读取和数字滤波功能由惯导系统板上的FPGA实现。
　　最后，测试了加速度计采集单元的性能指标。根据《GJB1037A-2004》设计了静态稳定性、分辨率以及重力场中的多点翻滚实验，测试结果表明设计达到预期要求。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 加速度计及采集电路发展介绍

1.3 论文主要工作和内容安排

第2章 加速度计及其数据采集原理

2.1 数据采集指标要求

2.2 石英挠性加速度计原理

2.3 数据采集原理

2.4 本章小结

第3章 采集电路设计

3.1 硬件电路总体方案

3.2 主要电路设计分析

3.3 FPGA数据读取设计

3.4 本章小结

第4章 噪声误差分析及处理

4.1 噪声误差分析

4.2 硬件电路处理方式

4.3 温度采集实现

4.4 数字滤波处理

4.5 本章小结

第5章 电路调试及采集单元性能测试

5.1 硬件电路调试

5.2 加速度计采集单元的性能测试

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢