[发明专利]一种基于噪声功率谱估计的MEMS陀螺仪在线频差识别方法

权利要求书

1.一种基于噪声功率谱估计的MEMS陀螺仪在线频差识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据检测模态的Q值以及预设的谐振频率f₀，确定陀螺仪谐振子机械热噪声在检测模态输出端的功率谱理论曲线N(f)，以此作为比对和寻找检测模态谐振频率的基准；

(2)在陀螺仪正常工作时，哥氏力、正交力以及谐振子机械热噪声同时作用于陀螺仪检测模态，并在检测模态输出端形成电压响应；通过对检测模态输出端进行电压采样和傅里叶分析，得到输出端信号的功率谱曲线M(f)；

(3)将功率谱理论曲线N(f)与实测信号的功率谱曲线M(f)进行互相关运算，得到互相关结果曲线R(λ)，其中λ为功率谱理论曲线N(f)在做互相关运算时的滞后量；确定互相关分析结果中两处峰值所对应的λ值分别为λ₁与λ₂；

(4)由步骤(3)中所得的滞后量λ₁与λ₂，结合预设的谐振频率f₀，得陀螺仪的工作模态谐振频率f_x＝f₀+λ₁、f_y＝f₀+λ₂或f_x＝f₀+λ₂、f_y＝f₀+λ₁；陀螺仪驱动模态的谐振频率f_x通常已知，由此唯一确定检测模态的谐振频率f_y；

(5)计算Δf＝f_y-f_x，得出陀螺仪检测模态与驱动模态之间的频差。

2.如权利要求1所述的基于噪声功率谱估计的MEMS陀螺仪在线频差识别方法，其特征在于，步骤(1)中，根据检测模态的Q值以及预设的谐振频率f₀，确定陀螺仪谐振子机械热噪声在检测模态输出端的功率谱理论曲线N(f)，以此作为比对和寻找检测模态谐振频率的基准具体为：

MEMS陀螺仪检测模态的传递函数表示为：

其中，K_xv为检测模态位移到电压的放大系数，Q_y为检测模态Q值；

通常机械热噪声n_m(t)和电子噪声n_e(t)看作是平稳过程的随机信号，不具有确定的时域表达式，但由功率谱密度函数描述，机械热噪声n_m(t)的功率谱密度函数表示为：

S_m(f)＝2K_BT_cy，-∞＜f＜∞ (2)

其中，K_B为玻尔兹曼常数，T_cy为开氏度单位下表示的温度，电子噪声n_e(t)的功率谱密度函数表不为：

S_e(f)＝2K_BTR_p+k₁/|f|，-∞＜f＜∞ (3)

其中，R_p和k₁为电子噪声的等效电阻和闪烁噪声系数；

机械噪声n_m(t)在检测模态输出端的功率谱理论曲线表示为：

N(f)＝S_m(f)|G_y0(f)|² (4)

其中，|G_y0(f)|²＝|G_y0(s)|_s＝j2πf|²，表达式为：

式中ω₀＝2πf₀是预设的检测模态谐振频率。