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船用高精度石英挠性加速度计的信号采集
| 论文题名： | 船用高精度石英挠性加速度计的信号采集 |
| 关键词： | 船用设备;惯性导航;石英挠性加速度计;数字滤波器;信号采集 |
| 摘要： | 加速度计是惯性导航系统的核心元件之一，它敏感载体的加速度信息输出与载体加速度成比例的信号。加速度计信号采集电路将加速度计输出的模拟信号转换成数字信号，加速度计和加速度计测量电路的组合决定了惯性导航系统感知载体加速度的精度。对于船用惯性导航系统，相对于其他惯性导航系统又有其自身独有的特性，其对加速度计的精度要求更高特别是长时间的稳定性以及重复性要求更高，而对带宽和动态范围的要求相对较低。本课题旨在针对船用惯性导航系统的特点，设计出适用于船用高精度石英挠性加速度计的精密信号采集系统。 本文针对船舶惯性导航系统的应用要求，比较了常用的I/F转换和A/D转换等高精度加速度计信号采集方案，并根据船用惯性导航系统对加速度信号精度高、动态范围大以及实时性好等要求确定了以高精度∑-△型模数转换器ADS1281为核心，并重新设计后级数字抽取滤波器的系统方案。依据系统要求，详细分析了方案设计中超低噪声运算放大器、高精度基准电压源以及采样电阻等关键器件对系统精度的影响，为关键器件的选择提供依据并完成了采集电路的原理以及PCB设计。充分考虑了在精密测量电路中许多不能忽视的有害效应，对电源系统、散热屏蔽结构以及接地技术进行了详细的分析和设计。为进一步提高转换器的性能，减少噪声并使转换器输出速率和导航系统吻合，重新设计后级数字抽取滤波器组，确定了以CIC滤波器+补偿滤波器+FIR滤波器的三级滤波器级联结构。滤波器借助Matlab工具箱进行设计并在FPGA中进行了实现，充分发挥FPGA的并行处理和资源优势，使其更加适合本课题的应用背景。 在完成设计制作之后，对加速度计采集电路的噪声，零偏稳定性等指标参数进行了详细的测试。测试结果经分析和计算得到加速度计采集电路的噪声为0.62uVrms@100Hz，零偏温度系数为0.53uV/℃，零偏24小时稳定性优于2uV。试验结果表明，船用高精度石英挠性加速度计采集电路的性能指标很好的满足了设计要求。 |
| 作者： | 李海军 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 高伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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