矽微陀螺陣列技術及其信號處理方法研究

《矽微陀螺陣列技術及其信號處理方法研究》是依託東南大學，由王壽榮擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：矽微陀螺陣列技術及其信號處理方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王壽榮
• 依託單位：東南大學

中文摘要

如何降低矽微陀螺漂移對微慣性測量系統精度的影響，是當前微慣性測量技術領域的研究熱點，通過信號處理方法比從改進微陀螺的設計、製造和加工水平來提高其測量精度更具現實意義。項目通過合理空間分布的矽微陀螺陣列原理樣機及其數位化測控電路的研製，採用信號盲分離技術降低陣列信號相互間干擾，實現微陀螺角速度信號的冗餘檢測。基於陣列中各陀螺間的相關性，利用系統辨識方法，對微陀螺陣列包括溫度在內的結構動力學模型、測量模型、誤差模型等進行建模，對其測量運用Kalman濾波等方法進行數據融合，較大幅度地抑制微陀螺的隨機漂移；通過對陀螺驅動、敏感信號的控制，讓其中一些陀螺監控自身和其他陀螺的常值漂移，利用信號差分技術，間接獲取每個陀螺的常值漂移，克服微陀螺逐次啟動重複性差的顯著缺陷，較大幅度提高微陀螺的動態測量精度。本項目為套用基礎研究，對微陀螺進入實際套用具有重要意義，研究成果在航空、軍事等方面有很好的套用前景。

結題摘要

開展了矽微陀螺陣列技術研究，自主設計了基於雙質量結構形式的四質量塊的單片集成的矽微陀螺陣列結構，進行了計算機仿真分析，並進行了製版、加工和封裝，完成了矽微陀螺陣列樣機的研製。分析比較了數字自激驅動和數字鎖相環驅動電路，設計了基於FPGA和數字鎖相環技術的矽微陀螺陣列測控電路，並完成了軟硬體設計，進行了調試。深入探索了矽微陀螺陣列信號處理的各種新方法。開展了基於時間序列分析的濾波方法研究。基於樣機的測量數據，利用ALLAN方差對矽微陣列陀螺儀的靜態漂移信號進行了誤差分析。基於矽微陀螺陣列的隨機漂移信號模型和多感測器的數據融合方法，通過對噪聲的模型化，建立相應的濾波方程，利用Kalman濾波和最優加權法對矽微陀螺儀陣列的輸出信號進行信息融合，融合後矽微陀螺陣列的漂移可以降低一個數量級。對動態信號進行了測試，利用信號差分技術和數據融合技術對陀螺漂移的動態信號進行了Kalman濾波處理，測量噪聲得到了有效降低。用研製的矽微陀螺陣列測控電路對所研製的矽微陀螺陣列樣機進行了測試和信號處理與融合，測試與處理結果表明，矽微陀螺陣列和單個陀螺相比，其靜態精度能提高60倍以上，動態精度能提高4.4倍。達到了預想的要求。說明本課題提出的研究思路和技術路線是可行的。