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研究生签名:返际η┟研究生签名:塑蟹盘东南大学学位论文独创性声明东南大学学位论文使用授权声明期:兰尘移/;、.,本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。的研究成果,也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。日期:东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外,允许论文被查阅和借阅,可以公布以电子信息形式刊登畚牡娜ú磕谌莼蛑小⒂⑽恼R5炔糠帜谌荨B畚牡墓ú包括以电子信息形式刊登谌ǘ洗笱а芯可喊炖怼
摘要伴随着微机械技术和微电子技术的发展,以硅微机械陀螺仪为代表的微惯性仪表成为当前研究热点之一。与传统的陀螺仪相比,微机械陀螺仪具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高、易批量生产等优点。基于目前的设计和加工水平,微机械陀螺仪的精度和集成度还比较低,利用集成化制造技术和数据融合技术进行集成硅微陀螺阵列的研究成为提高硅微机械陀螺仪性能的有效途径之一。论文以提高硅微机械陀螺仪的性能为目的,开展了单芯片集成硅微陀螺阵列若干关键技术的研究,重点对硅微陀螺阵列的结构设计、测控电路和信号处理方法进行了深入的分析和研究。论文的主要工作和创新点如下:阅壳肮谕夤栉⒒低勇菀堑男藕糯矸椒ê凸栉⑼勇菡罅邢喙丶际醯难究现状进行了概述,分析了各自的优缺点。油勇菀堑墓ぷ髟沓龇ⅲ治隽斯栉⒒低勇菀堑脑硕匦裕教至似分因数及固有频率等参数与灵敏度、带宽等性能指标的关系,系统研究了静电力驱动和电容检测技术。杓瞥隽艘恢秩碌木哂薪峁菇怦睢⒉罘旨觳獾牡バ酒晒栉⑼勇菡罅械结构,该结构不同于一般的硅微陀螺阵列的设计,可以同时输出多路敏感检测信号,满足了虚拟陀螺的测量要求。对硅微陀螺阵列的运动特性进行了探讨,提出利用拉格朗日运动方程进行模态分析,得到了系统的谐振频率和振型。建立了硅微陀螺阵列的模态仿真模型,利用有限元软件辛四L抡妫L抡娼峁肽L治一致,该硅微陀螺阵列能满足模态频率匹配的要求。利用体硅微机械力技术对设计的结构进行了加工和真空封装,研制出了样机。怨栉⑼勇菡罅械牟饪氐缏方辛搜芯浚捎昧嘶谧远鲆婵刂频谋栈非动方法进行驱动控制。研究了数字锁相环和数字自激振荡进行驱动相位控制的方法并对其进行了仿真、分析和对比。为了提高测控电路的稳定性和可靠性,设计了基于的硅微陀螺阵列的数字测控电路,实现氐缏返目刂扑惴ǎㄖ苯邮式频率合成器、数字移相算法、刖癉/刂扑惴ǖ取栉⒒低勇菀堑钠埔话愦嬖诜瞧轿鹊那魇葡睢2捎靡恢中碌母慕木模态分解方法对样机的静态漂移数据进行了多尺度分解和去趋势项处理,得到了正态、平稳的时间序列。提出利用时间序列分析方法对硅微陀螺阵列的静态漂移信号进行分析,建立了自回归滑动平均模型。同时,为了提高处理的实时性,提出一种新的基于最优加权平均和平方根自适应卡尔曼滤波的算法对建模后的陀螺漂移进行融合处理,与标准卡尔曼滤波相比,提高了硅微陀螺阵列的测量精度。对硅微陀螺阵列的随机漂移信号进行了讲罘治觯菔萑诤侠砺酆退机漂移的误差模型,利用最优滤波方法对硅微陀螺阵列的静态漂移信号进行了信息融合,对融合后的漂移信号进行了分析和研究。结果表明,融合后硅微陀螺阵列的漂移可以降低一个数量级以上。对角速度动态测量中的动态去噪问题进行了研究,尝试利用讲睢⑷哂嗉觳狻⑿藕挪罘旨际跫浣拥玫蕉藕诺氖凳逼疲岷机动目标跟踪和粒子滤波技术建立动态信号滤波器。仿真和实验结果表明,该动态滤
波器能够使测量噪声得到了有效降低。怨栉⑼勇菡罅械难辛瞬馐杂敕治觥2馐越峁砻鳎栉⑼勇菡罅斜单个硅微机械陀螺仪的测量精度更高,样机测控电路工作稳定,标度因数线性度较好,实现了设计功能。关键词:硅微陀螺阵列,模态分析与仿真,自激振荡,数字锁相环,讲睿奔湫蛄分析、自适应平方根卡尔曼滤波,经验模态分解,粒子滤波,信息融合东雨大学博士掌位论文
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