[发明专利]一种基于边带功率对称性的MEMS陀螺仪模态匹配方法

权利要求书

1.一种基于边带功率对称性的MEMS陀螺仪模态匹配方法，其特征在于，包括信号处理模块和控制模块；陀螺仪正常工作时，输出检测信号以及噪声信号到信号处理模块；其中信号处理模块对信号进行低通滤波、降采样处理，通过比较检测模态中驱动频率两侧信号的功率大小，得到检测模态和驱动模态的模态顺序并输出至所述控制模块；控制模块根据两模态的模态顺序输出控制信号，经过D/A转换器反馈到检测模态的调谐电极，实现实时的模态匹配，所述信号处理模块包括低通滤波器，降采样器，上边带滤波器，下边带滤波器和功率计算模块，将输入检测模态的信号乘以cos(ω_d-ω₀)nT_s,其中，T_s为采样周期，ω_d为驱动模态谐振频率，ω₀为一处于低频的中心频率，n是当前采样点数，信号功率谱向左右分别平移了ω_d-ω₀；低通滤波器滤除其中的高频信号，使得信号处于低频段，消除驱动频率漂移所造成的影响；降采样器降低信号采样率，上下边带滤波器分别对信号进行滤波，得到驱动频率两侧的信号，通过比较两信号的功率大小即可判断驱动和检测模态的模态顺序；功率计算模块计算两信号的功率大小，根据功率计算公式，对上下边带信号分别进行累加求和即可得到功率的估计，将两信号的功率相减，并将功率差信号输出到控制模块，所述控制模块包括存储器、求和器和PI控制器，功率差的信号相差很大，所以取功率差信号的符号；存储器FIFO将符号存储起来；求和器将FIFO中的正负号数目进行累加，根据累加结果调整增益K的大小，若正号数量较负号多，则增大K以加快控制，若正负号数量接近，则减小K以减缓控制；PI控制器将经过增益的信号进行调节，输出到D/A转换器，进而反馈到检测模态调谐电极，实现实时地模态匹配。

2.根据权利要求1所述的基于边带功率对称性的MEMS陀螺仪模态匹配方法，其特征在于，在信号处理模块中，利用上下边带滤波器得到检测模态中驱动频率两侧的信号，利用功率谱估计的方法得到两信号的功率，两信号的功率大小情况对应不同的模态顺序，并且在有无角速度输入的情况下，都能判断两模态的顺序。

3.根据权利要求2所述的基于边带功率对称性的MEMS陀螺仪模态匹配方法，其特征在于，在信号处理模块中，为求得上下边带滤波器得到的两信号功率，根据信号功率计算公式，对信号先平方再累加求和，即可得到信号的功率谱估计。

4.根据权利要求3所述的基于边带功率对称性的MEMS陀螺仪模态匹配方法，其特征在于，在控制模块中，提取驱动频率两侧的信号功率差的符号，将符号进行存储相加，根据相加结果得出驱动模态频率和检测模态频率的大小，进而反馈控制检测模态的调谐电极以调整检测模态频率，实现MEMS陀螺仪实时的模态匹配。

5.根据权利要求4所述的基于边带功率对称性的MEMS陀螺仪模态匹配方法，其特征在于，模态匹配系统包括如下步骤：

步骤1)陀螺仪正常工作时，哥氏力与噪声同时作用于陀螺仪检测模态，检测模态输出检测信号s(t)采样得到s[n]后，输入到信号处理模块；

步骤2)在信号处理模块中，将采样后的信号s[n]乘以cos(ω_d-ω₀)nT_s得到g[n]，其中，T_s为采样周期，ω_d为驱动频率谐振频率，ω₀为一处于低频的中心频率，n是当前采样点数；步骤3)对g[n]进行低通滤波，得到低频带的信号h[n]，并对h[n]进行降采样；

步骤4)对降采样后的信号分别进行上边带和下边带滤波，得到h_l[n]和h_u[n]，对h_l[n]和h_u[n]比较功率大小，得到输出信号e[n]；

步骤5)e[n]输入控制模块，将e[n]的符号提取出来，将符号存储并求和，根据求和结果控制增益K的大小，符号信号经过增益K，再经过D/A转换器反馈到检测模态的调谐电极。