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基于DSP的MEMS惯性陀螺组件信号处理技术研究

刘瑞超  
【摘要】:MEMS陀螺仪具有体积小、重量轻、成本低和可靠性高等优点,在低成本导航领域得到越来越多的应用。但是由于制造工艺和设计水平的原因,造成MEMS陀螺输出信号随机噪声大、零位稳定性差,且易受温度等外界因素的影响,直接影响导航系统的精度。如何减小这些因素对陀螺精度的影响,常用的方法有两种:一是优化MEMS陀螺的制造工艺和设计结构,二是从信号采集、信号去噪和温度补偿算法入手。本文对后者展开研究,主要内容可归纳为如下几个方面: 1.提出了一种MEMS陀螺信号处理系统方案,详细介绍了TMS320F28335最小系统设计,以及系统硬件接口设计,主要包括片外扩展RAM接口、模数转换接口、扩展FLASH接口和硬件逻辑扩展接口,给出了本系统完整的设计方案。 2.为了克服传统的超循环程序结构实时性差的缺点,本文采用了嵌入式实时操作系统——DSP/BIOS,对系统初始化、信号采集与处理、数据存储与发送等任务进行优化配置,使任务按规定时间进行切换,提高了系统的实时性。 3.针对目前低成本的MEMS陀螺具有随机噪声大、零位稳定性差和易受温度影响的缺点,提出了先用滑动平均滤波和中值滤波相结合的非线性处理,再用小波去噪方法消除陀螺信号高频噪声的实时性解决方案。同时,研究MEMS陀螺的信号标定试验方法,并获取温度与采样信号的耦合关系,建立实时温漂补偿算法。经试验验证,陀螺信号的信噪比从121.5461dB提高到150.0964dB,温度补偿能有效消除温度引起的趋势项,为低成本MEMS陀螺的应用提供了参考。


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