一种差分带通式调频MEMS陀螺仪速率解析装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于陀螺仪信号处理技术领域，具体公开了一种差分带通式调频MEMS陀螺仪速率解析装置及方法。其中，装置包括模拟电路部分和数字电路部分。模拟电路部分用于实现MEMS陀螺仪的模拟信号采集。而数字电路部分包括数字信号测频电路、数字信号解调电路以及数字信号滤波电路。数字电路部分主要用于完成对MEMS陀螺仪信号的测频、解调以及滤波等处理。本发明专利技术中MEMS陀螺仪速率的解析工作均在数字电路中完成，因而能够有效避免在模拟电路区域大量引入晶体振荡器信号，从而保证装置拥有良好的电磁兼容性。同时由于数字电路不易受到环境影响的特性，因此，本发明专利技术在极端环境下仍能精准的解析陀螺角速率。另外，本发明专利技术中装置的信噪比得到提升。

A differential band-pass frequency modulation MEMS gyroscope rate analysis device and method

【技术实现步骤摘要】
一种差分带通式调频MEMS陀螺仪速率解析装置及方法
本专利技术属于陀螺仪信号处理
，特别涉及一种差分带通式调频MEMS陀螺仪速率解析装置，以及一种差分带通式调频MEMS陀螺仪速率解析方法。
技术介绍
陀螺仪是惯性导航系统的核心器件。近年来，调幅式MEMS陀螺仪被广泛用于消费电子、工业制造以及军事领域，但是其导航精度仍有巨大的上升空间。众所周知，MEMS陀螺仪长期运行，以及MEMS陀螺仪受环境温度影响所产生的输出漂移，一直是影响其导航精度的关键问题所在。如何进一步提升MEMS陀螺仪在全温环境下长期运行的稳定性，一直是困扰业界的难题。对于MEMS陀螺仪输出的周期信号，其信号幅值易受干扰，而频率不易受到干扰，因此，调频式MEMS陀螺仪应运而生。但是，由于调频MEMS陀螺仪的实现难度较大，至今尚未有成熟的产品方案。目前已有的调频MEMS陀螺仪速率解析方案，其大致工作原理为：通常先用模拟振荡器电路，将MEMS陀螺输出的高频模拟正弦波信号转换为同频率的方波信号；再利用模拟锁相环电路，以多个高速晶体振荡器的信号作为参考信号，配合蝶形开关混频器进行倍频，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种差分带通式调频MEMS陀螺仪速率解析装置，其特征在于，/n包括模拟信号采集电路，被配置为用于接收陀螺仪的两个振动模态分别以差分信号形式输出的四路正弦波信号，经过去噪，得到分别与陀螺仪两路振动模态同频率的方波信号；/n数字信号测频电路，被配置为用于接收所述模拟信号采集电路输出的与两路振动模态同频率的方波信号，并对所述方波信号进行测频处理得到两个振动模态的频率信息；/n数字信号解调电路，被配置为用于接收两个振动模态的频率信息，并对两个振动模态的频率信息相加得到作为待解调信号，然后对待解调信号进行I/Q解调得到同相位信号；/n同相位信号中包含MEMS陀螺仪输出的角速率信息和高次谐波分量；/n...

【技术特征摘要】
1.一种差分带通式调频MEMS陀螺仪速率解析装置，其特征在于，
包括模拟信号采集电路，被配置为用于接收陀螺仪的两个振动模态分别以差分信号形式输出的四路正弦波信号，经过去噪，得到分别与陀螺仪两路振动模态同频率的方波信号；
数字信号测频电路，被配置为用于接收所述模拟信号采集电路输出的与两路振动模态同频率的方波信号，并对所述方波信号进行测频处理得到两个振动模态的频率信息；
数字信号解调电路，被配置为用于接收两个振动模态的频率信息，并对两个振动模态的频率信息相加得到作为待解调信号，然后对待解调信号进行I/Q解调得到同相位信号；
同相位信号中包含MEMS陀螺仪输出的角速率信息和高次谐波分量；
数字信号滤波电路，被配置为用于接收数字信号解调电路输出的同相位信号，并将所述同相位信号中的高次谐波分量滤除掉，得到MEMS陀螺仪输出的角速率信息；
所述模拟信号采集电路包括跨阻运算器、差分运算器以及比较运算器；
所述跨阻运算器为带通形式跨阻运算器，且被配置为用于将输入到该跨阻运算器的信号中混有的直流偏置噪声和高频噪声滤除；
所述跨阻运算器有四个，每个跨阻运算器的输入端分别有一路来自于陀螺仪的信号输入；
其中，来自于陀螺仪的信号包括陀螺仪的第一振动模态的正输出信号、第一振动模态的负输出信号、第二振动模态的正输出信号以及第二振动模态的负输出信号；
第一振动模态和第二振动模态为陀螺仪的两个振动模态；
差分运算器有两个，即第一差分运算器和第二差分运算器；
对应第一振动模态的两个跨组运算器输出端分别连接第一差分运算器的正、负输入端；对应第二振动模态的两个跨组运算器输出端分别连接第二差分运算器的正、负输入端；
比较运算器有两个，即第一比较运算器和第二比较运算器；
第一差分运算器的输出端连接到第一比较运算器的输入端上，第二差分运算器的输出端连接到第二比较运算器的输入端上；两个比较运算器的输出端分别接入数字信号测频电路。


2.根据权利要求1所述的陀螺仪速率解析装置，其特征在于，
所述数字信号测频电路包括晶体振荡器、分频整形电路、闸门控制器、逻辑控制器、测频主门、计数器以及计算单元；其中，晶体振荡器采用温度补偿晶体振荡器；
晶体振荡器的输出端与分频整形电路的输入端相连，分频整形电路的输出端与闸门控制器的输入端相连，闸门控制器的输出端分别连接到测频主门和逻辑控制器的控制端；
测频主门的输入端有两个，分别对应输入一个振动模态的方波信号；
测频主门的输出端连接至计数器的输入端，计数器的输出端连接至计算单元的输入端；
所述计算单元被配置为用于计算单位时间内的脉冲数；
所述计算单元的输出端有两路，且每路分别用于输出一个振动模态的频率信息；所述计算单元的两路输出分别连接到所述数字信号解调电路上。


3.根据权利要求1所述的陀螺仪速率解析装置，其特征在于，
所述数字信号解调电路包括加法器、I/Q解调电路以及数控振荡器；
其中，加法器有一个，即第一加法器；
第一加法器的输入端有两个，分别对应输入一个振动模态的频率信息；
第一加法器的输出端连接至I/Q解调电路上；
数控振荡器用于输出两路同源的正余弦信号作为I/Q解调电路的解调参考信号；
I/Q解调电路的输出端有两个，一个是同相位信号的输出端，另一个是正交相位信号的输出端；其中，I/Q解调电路的同相位信号输出端连接至数字信号滤波电路上。


4.根据权利要求1所述的陀螺仪速率解析装置，其特征在于，
所述数字信号滤波电路包括加法器、乘法器以及时延器；其中：
加法器有两个，即第二加法器和第三加法器；
乘法器有五个，即第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器、第四乘法器和第五乘法器；
时延器有两个，即为第一时延器以及第二时延器；
I/Q解调电路的同相位信号输出端分别连接至第二加法器和第一乘法器的输入端；第二加法器的输出端分别连接至第二乘法器的输入端以及第一时延器的输入端；
第二乘法器的输出端连接至第三加法器的输入端；
第一时延器的输出有三路；第一时延器的每路输出分别连接至第二时延器、第三乘法器以及第四乘法器的输入端；第二时延器的输出端连接至第五乘法器的输入端；
第三乘法器的输出端连接至第三加法器的输入端；
第四乘法器以及第五乘法器的输出端分别连接至第二加法器的输入端；
第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器、第四乘法器和第五乘法器的输入端还分别有一个常数值输入到对应的乘法器内；第三加法器的输出端为数字信号滤波电路的输出端。


5.根据权利要求1所述的陀螺仪速率解析装置，其特征在于，
所述跨阻运算器包括加法器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李崇，王雨晨，侯佳坤，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东;37