Метод подавления шумов схемы обработки микроэлектромеханического датчика угловой скорости

Авторы

Белоусов Е. О.

Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники», площадь Шокина, 1, Москва, Зеленоград, 124498, Россия

e-mail: kinddm@gmail.com

Аннотация

В данной работе предложен метод подавления шумов микроэлектромеханических систем (МЭМС) гироскопа с использованием интегральной схемы обработки сигналов с адаптивной обратной связью. Адаптивная схема отслеживает граничную частоту входного сигнала и, в зависимости от нее, изменяет полосу схемы обработки и шум на выходе. Была разработана математическая модель системы, состоящей из датчика и схемы обработки для оценки шумовых и динамических характеристик системы. Предложена архитектура адаптивной схемы, включающую дополнительную петлю, отслеживающую граничную частоту, а также алгоритм переключения параметров петли ОС. Был проведен анализ устойчивости полученной схемы, по итогам которого произведена модификация адаптивной схемы путем включения перестраиваемых звеньев компенсации. Применение предложенного метода позволяет увеличить среднее значение соотношения сигнал-шум на 5 дБ, что увеличивает точность горизонтального позиционирования на 3,4 м после интегрирования шума в течение одной минуты.

Ключевые слова

МЭМС датчики, инерциальные системы навигации, интегральные схемы, следящие системы

Библиографический список

1. Тарыгин И.Е., Козлов А.В. Анализ наблюдаемости в задаче калибровки температурных моделей погрешностей инерциальных датчиков авиационной навигационной системы // Труды МАИ, 2016, № 89: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=73319

2. J. Koch C. Hillenbrand and K. Berns. «Inertial navigation for wheeled robots in outdoor terrain,» Proceedings of the Fifth International Workshop on Robot Motion and Control, 2005. RoMoCo ’05., 2005, pp. 169-174.

3. Barshan B.; Durrant-Whyte H.F. «Inertial navigation systems for mobile robots,» in Robotics and Automation, IEEE Transactions on , vol.11, no.3, pp.328-342, Jun 1995

4. Перов А.И., Днепров В.В. Потенциальная точность оценок углов ориентации объекта по сигналам спутниковых радионавигационных систем // Труды МАИ, 2015, № 82: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=58810

5. Tikhomirov A., Omelyanchuk E., Semenova A. Radio Wave Propagation Impact on Signal Parameters of Local Positioning Systems. 2016 IEEE NW Russia Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference (2016 ElConRusNW). 2-3 February, Saint-Petersburg, Russia, pp.490-494.

6. Ayazi F., Najafi K. Design and Fabrication of A High-Performance Polysilicon Vibrating Ring Gyroscope. In Proceedings of the Eleventh Annual International Workshop on MEMS, Heidelberg, Germany, 25–29 January 1998, pp. 621–626.

7. Ayazi F., Najafi K.A. HARPSS polysilicon vibrating ring gyroscope. J. Microelectromechanical Syst. 2001, no.10, pp. 169–179.

8. He G., Najafi K. A Single-Crystal Silicon Vibrating Ring Gyroscope. In Proceedings of the Fifteenth IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, Las Vegas, NV, USA, 20–24 January 2002; pp. 718–721.

9. Lefevre H. The Fiber-Optic Gyroscope. Norwood, MA: Artech House, 1993.

10. Aaltonen L. Integrated Interface Electronics For Capacitive Mems Inertial Sensors. PhD thesis — Aalto University School of Science and Technology, 2010. 155 p.

11. Тимошенков С.П., Анчутин С.А., Плеханов В.Е., Кочурина Е.С., Тимошенков А.С., Зуев Е.В. Разработка математического описания кольцевого микрогироскопа // Нано-и микросистемная техника. 2014. № 5. С. 18–25.

12. Aaltonen L., Kalanti A., Pulkkinen M., Paavola M., Kamarainen M. and Halonen K.A.I. «A 2.2 mA 4.3 mm ASIC for a 1000 /s 2-Axis Capacitive Micro-Gyroscope,» in IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 46, no. 7, pp. 1682-1692, July 2011.

13. Timoshenko A., Tafintsev K., Lomovskaya K., Lisov A. Analog-Controlled Feedback for Predistortion of GaN Power Amplifier // Proceedings of 2015 9th International Conference on Application of Information and Communication Technologies (AICT). — Rostov-on-Don, Russia, 14-16 October 2015, pp. 352–355.

Скачать статью