matlab硅微陀螺检测信号数字处理研究(3)
5.3硅微角速率传感器解调输出信号IIR滤波处理 37
5.3.1 IIR巴特沃斯低通滤波器滤波处理输出信号 37
5.3.2 IIR切比雪夫I型低通滤波器滤波处理输出信号 38
5.3.3 IIR切比雪夫II型低通滤波器滤波处理输出信号 40
5.3.4 IIR椭圆低通滤波器滤波处理输出信号 41
5.4硅微角速率传感器解调输出信号FIR滤波处理 43
5.5本章小结 45
6.总结与展望 46
致 谢 48
参 考 文 献 49
附 录 51
驱动信号波形与频谱滤波程序 51
检测信号波形与频谱滤波程序 55
输出信号波形与频谱滤波程序 60
1.绪论
1.1 研究的意义
微机电系统(Micro-Electronical-Mechanical System，简称MEMS)是近年来发展起来的一个多学科交叉的前沿性高技术领域。MEMS利用从半导体技术上发展起来的硅微机械加工工艺，主要以硅为材料，在硅片上制作出尺寸在微米量级、悬浮可动的三文结构，实现对外界信息的感知和控制，并可以与信号处理和控制电路集成，构成一个多功能的微型系统。微机电系统被认为是面向21世纪的新兴技术甚至主导技术之一[1，2]。
角速率传感器是用来测量物体相对惯性空间转角或角速度的装置，以陀螺仪为基础构成的惯性导航系统在任何环境下都具有自主导航能力，因此自问世以来，被广泛应用于航海、航空、航天、军事等领域，也一直都是各国发展的重点技术[3]。
对于电容式硅微机械陀螺仪，驱动振幅大多在微米数晕级，检测振幅则更小，在这种微小的振幅下，敏感电容的变化在fF～aF量级。如此小的变化对于陀螺仪的输出信号处理提出了严苛的要求。为了提高电容式硅微机械陀螺仪的测量精度，减小陀螺零漂，高信噪比的信号处理方法显得格外的重要。
目前，传统的硅微机械陀螺仪测控电路均为纯模拟电路，利用模拟电路进行对模拟信号进行处理。从陀螺仪前端的C/V转换，驱动控制回路，到检测回路的信号处理都是用模拟器件设计，使得电路易受环境温度、电磁干扰影响。同时由于模拟电路参数固定，使得测控电路的通用性差。如果更换陀螺仪，则需要同时调整电路器件以适应新的陀螺。
同样的信号处理任务，使用数字信号处理技术也能胜任，数字处理方法是将一些信号分析和信号处理的理论方法变成一种能够实际应用的算法，并采用相关的硬件和软件技术加以实现，因此数字信号处理有很强的应用背景以及与其他学科机密的相关性。与模拟信号处理方法相比较起来，数字信号方面处理的突出优点主要体现在：精度高，灵活性好，抗干扰能力强，体积小，造价低，功能强，速度快和适用范围广。本文主要采用matlab软件方法对采集的硅陀螺的驱动电路中的驱动信号，检测电路的检测信号和解调后的输出信号使用一定的数字滤波算法进行滤波处理，减小有效信号中的噪声干扰，从而提高信噪比和陀螺的测量精度，并且对比滤波前后的信号波形与频谱分析，以验证算法的准确性[4，5]。
1.2 数字信号处理概述及MATLAB数据处理应用介绍
1.2.1 数字信号处理概述
数字信号处理或者是对信号的数字处理，是60年代前后发展起来的一门新兴学科。进入70年代以来，随着电子计算机，大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路(VSLI)，以及微处理器的迅速发展，数字处理技术无论在理论上还是工程应用中，都是目前发展最快的学科之一，并且日趋成熟与完善。