惯性系统中加速度计标定方法研究

在惯性导航系统中,传统的加速度计标定方法有些对转台依赖性比较高,对转台无依赖性的方法精度又比较低.对此,提出一种无需转台的加速度计高精度标定方法.该方法只需要采集十二个位置的静态加速度计输出数据,即可对加速度计零偏、标度因数、安装误差等系数进行高精度标定.实验结果证明,该方法与传统无转台加速度计标定方法相比,具有更高的精度.

航姿参考系统中一种自适应卡尔曼滤波算法

在航姿参考系统测量载体姿态的过程中,由于观测噪声不确定,严重影响了常规卡尔曼滤波结果的精度.另外,当系统受到干扰而使观测噪声突然改变时,甚至会导致滤波发散.提出一种航姿参考系统自适应卡尔曼滤波算法,能够根据观测数据来自适应调整观测噪声,从而提高卡尔曼滤波精度,改善系统的鲁棒性.仿真表明,当观测噪声时变时,常规卡尔曼滤波结果明显发散,而新自适应卡尔曼滤波结果收敛良好,在系统计算复杂度没有明显增加的前提下,系统的稳定性得到了明显提高.

增加副瓣抑制机制的阵列天线波束赋形遗传算法研究

基于遗传算法的激励优化算法是求解阵列天线波束赋形问题时常用的激励求解算法。传统遗传算法在优化阵列天线激励时,对阵元天线方向图矢量叠加获得阵列天线合成方向图后,与目标方向图做相似度判断,经过多次运算获得满足设计要求的激励值。然而算法中通常不关注赋形结果的副瓣抑制,导致阵列天线波束赋形结果副瓣抑制效果不理想。该文提出一种基于一组低副瓣波束线性叠加的波束合成机制,将合成方向图与目标方向图做相似对比,结合遗传算法的优化求解方法,最终获得与目标方向图匹配的合成方向图,且合成方向图具有高副瓣抑制的特性。以一款16阵元X波段微带偶极子线性阵列天线为例,该文提出的具有副瓣抑制机制的遗传算法求得的赋形波束获得了-27.5 dBc的副瓣抑制效果,远远好于传统遗传算法求得的赋形波束-19 dBc的副瓣抑制。

基于两层结构的无线传感器网络Mesh路由协议

针对ZigBee中路由算法AODVjr对于路径对称性和路由管理帧投递成功率依赖性过强的问题,提出了一种基于两层网络结构的无线传感器网络Mesh路由协议.路由算法统计路径上的路由管理帧统计丢包率作为路由判据,消除了管理帧丢失造成的影响;另一方面路由建立仅依靠管理帧的单向传输,降低了对于路径对称性的依赖;同时在Mesh网络下形成星型子网,在扩充网络容量的同时有效降低下层节点的资源消耗.给出了网络拓扑,建立了星型子网,分析了Mesh路由的信标帧、路由判据和路由建立过程,并用实际测试进行了性能分析.结果表明:相比于采用AODVjr路由算法的ZigBee协议,该协议在无线传感器网络中具有更高的数据传输可靠性,丢包率降低约30%.

基于二阶泰勒展开的扩展卡尔曼滤波测频算法

为了提高频率不定时变化正弦波信号频率估计值的精确度,基于泰勒展开公式,提出了一种新的采用二阶泰勒展开对非线性系统进行线性化近似的扩展卡尔曼滤波测频算法.给出了新测频算法的理论推导过程,并通过仿真给出了不同信噪比条件下的测频精度以及正弦波信号参量发生突变时的收敛速度.结果表明,在信噪比1 dB至30 dB区间内,采用二阶泰勒展开算法的测频误差比已有采用一阶泰勒展开的算法可以降低10%以上,而在5 dB至20 dB区间可以降低20%以上.

GNSS系统中检测与判决的研究

为了深入研究GNSS(global navigation satellite system)的系统检测与判决,利用概率论的相关理论对最大值捕获策略的系统检测概率、系统虚警概率和系统漏检概率进行分析和论证。针对系统检测概率低、漏检概率高的问题,提出了两种不同的解决方法,采用蒙特卡洛方法对理论进行了仿真验证。仿真结果表明,有信号时系统的虚警概率随着无信号时系统虚警概率的增加而增加,提高接收信号的载噪比和增加唐检测算法都能够明显的提高系统的检测性能,相关结论为GNSS捕获系统在实际环境中的运用提供了一定的理论依据。

高稳定性无片外电容低压差线性稳压器的设计

设计了一款无片外电容低压差线性稳压器(LDO),与传统的LDO相比,此LDO消除了传统结构中所需的片外电容,可更好地应用于全集成低功耗的片上系统(SoC)中。针对无片外电容LDO没有外部等效零点补偿这一特点,采用一种折叠输入推挽输出误差放大器结构,结合密勒补偿以及一阶RC串联零点补偿两种方案,有效地改善了无片外电容LDO的稳定性。电路采用SMIC0.18μm CMOS工艺实现,面积为0.11 mm2,最大负载电容100 pF,输入电压为1.8 V时,输出电压为1.5 V,静态电流31.8μA,压差为160 mV。

Galileo系统E1/E5/E6频段信号分析与仿真

通过对伽利略系统E2-L1-E1、E5和E6频段信号的分析,提出了一种基于软件的伽利略信号发生源的设计方法。根据二进制偏移载波(binary offset carrier,BOC)与衍生型BOC的调制原理、性能以及系统调制参数的变化过程,详细讨论了各信号的产生机制与调制方案;在此基础上,利用matlab平台搭建伽利略系统的软件信号源,得出信号的功率谱密度。仿真结果与成熟的理论分析相一致,表明了设计方法的可行性。该设计方法可为进一步的信号捕获与跟踪研究提供可靠的方法依据。

组合导航系统中一种基于IMM-Kalman的数据融合方法

针对INS/GNSS组合导航系统中对传感器随机零偏动态估计的需求,本文提出了一种基于IMM-Kalman的数据融合方法。该算法基于IMM框架,通过模型概率更新,进行自适应系统模型选择,实现对传感器零偏的动态最优估计,提高组合导航系统数据融合精度。仿真验证表明:与常规算法相比,改进算法可以实现对传感器随机零偏的动态估计,提高姿态解算精度,将俯仰角和滚转角误差由0.26°和0.23°分别降至0.11°和0.04°;同时仿真了卫星失锁的情况,改进算法的应用,使INS独立导航时位置累积误差仅为21.8 m,较常规方法的42.2 m减少了近50%,进一步证明了算法的有效性。

射频宽带低噪声放大器设计

介绍了射频宽带放大器的设计原理及流程。设计实现的射频宽带低噪声放大器,采用分立器件和微带线匹配,选用Agilent公司生产的低噪声增强赝配高电子迁移率晶体管ATF-551M4,用ADS软件进行设计、仿真和优化,实现了在1.1GHz～2.2GHz范围内,增益24dB以上,噪声系数小于1.2dB的两级宽带低噪声放大器设计。由于设计频带覆盖了多个通信常用频点,因此决定此低噪声放大器的应用会十分广泛。最后利用ProtelDXP软件对电路进行了版图设计,并在FR4基板上实现了该设计,给出了实测结果。

带直流漂移校正的低功耗可编程增益放大器

设计了一种应用于无线传感器网络RF射频前端芯片的可编程增益放大器(PGA)。该放大器由三级增益单元级联构成,每级单元均带直流漂移校正功能,7位数字端控制增益变化,且可灵活切断单级电源,降低PGA整体功耗。设计基于SMIC 0.18μm 1.8 V 1P6 M CMOS工艺。流片测试结果表明,该放大器工作性能良好,动态范围为0～60 dB,1 dB步进,增益以dB线性变化,最大可校正输入直流漂移为200 mV,直流漂移校正时间约为10μs,带宽为6 MHz,整体功耗仅为1.8 mW。

基于GaAs HBT功率放大器效率提升技术

针对GaAs HBT功率放大器件,提出了一种能够提升效率的方法,在分析了功率放大器的工作状态、自适应偏置电路的工作机制及功能缺陷、输出馈电对谐波分量的影响之后,通过改进输入、输出馈电方式,输入端在单一供电模式下能够方便地调整偏置状态,输出端馈电通路可同时将二次谐波短接到地,有效地提升该器件的功率附加效率。测试结果表明在不影响输出功率的前提下,效率可提升12.7%左右,而且电路形式简单,操作方便,能够广泛地应用到不同频段要求和不同输出功率的GaAs HBT功率放大器测试过程中。

高准确度数字式时频域实时频率测量系统

针对弱信号条件下的频率精确测量问题,提出了一种新的时域和频域相结合的算法,实现了一种数字式实时高准确度频率测量系统。搭建了系统测试平台,测试结果表明,测量时间为1 024个采样点、归一化频率为0.5条件下,信噪比10 dB情况下相对均方根准确度约为1.2×10-5,信噪比0 dB条件下相对均方根准确度约为7.7×10-5。在较高信噪比、10万点测量时间下相对均方根准确度可达7.1×10-11。

基于压力传感器的高精度血压计系统设计

血压是反映人体生理状况的一项重要指标,血压监测在临床和医疗保健中有着重要的地位。针对传统单片机设计方案测量精度不高、稳定性不好等缺点,采用MSP430单片机与ARM处理器有效结合的方法,设计了一种基于压力传感器的高精度血压计。从脉搏波特征点入手,采用了一种改进的阈值法,能准确检测出多种病理情况下的有效脉搏波峰值,该方法克服了传统阈值法检测脉搏波准确性不高的缺点,方法简单,测量时间短。采用自适应卡尔曼滤波算法拟合包络线,相比高斯曲线拟合效果更好,且易于编程实现。测试结果表明：系统误差小于4 mmHg,测量范围为0~295 mmHg,具有精度高、速度快的特点。

基于AS3992的防碰撞Q算法分析与改进

基于超高频(UHF)射频识别(RFID)ISO/IEC 18000-6C协议的防碰撞Q算法存在标签数和所选时隙数不确定的局限性,使得系统自适应能力不足。通过先理论估算标签的数量,并计算该标签下的最佳时隙,后在软件上优化估算的标签数,对Q算法进行改进。在AS3992专用集成电路读写器芯片和STM32f103微控制器组成的实验平台上验证,实验结果表明:与原算法相比,改进算法在不降低识别效率和不增加平均功耗的情况下自适应能力有所提高,且估算标签数量误差控制在10%以内。

TSV封装中阻抗不连续差分互连结构宽频寄生参数建模研究

为了研究TSV封装内除差分对硅通孔外在硅基片的层间和层下存在的微凸点、平面互连线、倒装焊球等互连结构对差分信号传输特性的影响,提出了一种改进型的适用于描述TSV封装内"串连型差分互连阻抗"的差分对硅通孔结构的RLCG电路模型,进而提出了一种采用"阻抗不连续系数"来描述串行连接的微凸点、平面互连线、倒装焊球等结构的"串连式阻抗不连续结构"RLCG电路模型.在此基础之上,采用HFSS三维全波仿真方法对TSV封装中的硅通孔、微凸点、平面互连线、倒装焊球等差分对互连结构的各种串行连接方式进行了三维电磁场建模和分析.将RLCG模型的差模正向传输系数与HFSS模型的分析结果进行了对比,对比结果证明在0.1~30GHz特别是3~25GHz宽频段内本文提出的上述2种RLCG电路模型能够较为准确的描述出差分互连结构的差模信号宽频传输特性.

MEMS陀螺器件与驱动电路的相位关系研究

为了指导高性能MEMS陀螺的驱动电路设计,针对MEMS陀螺器件与外围驱动电路之间存在的"激励电压、静电力、质量块位移、检测电容变化、检测电流、检测电压"五次信号转换进行了详细研究,获得了确切的相位关系,建立传输函数模型。最终根据推得的总体相位关系,设计并实现了一款基于锁相技术的闭环驱动电路。测试结果表明,MEMS陀螺系统能在3s内可靠起振且无振铃,稳定振荡频率为10.33 kHz,稳定振荡幅度为2.05 V。该测试结果验证了此相位关系研究的必要性与正确性,此研究同样适用于其他静电驱动、电容检测式MEMS传感器。

一种基于斩波技术的轨到轨运算放大器的分析与设计

采用TSMC 0.18μm CMOS工艺,设计实现了一种低压、低失调、恒跨导的轨到轨运算放大器.运算放大器在保证输入级跨导在整个共模范围内恒定的前提下,采用轨到轨的折叠共源共栅输入级,输入管工作在亚阈值区,采用反馈式AB类输出级以实现轨到轨的输出摆幅,同时采用斩波稳定技术减小输入参考失调和噪声.电路工作在1V单电源电压下,仿真得到119dB的直流增益和5.6MHz的增益带宽积.蒙特卡罗仿真结果显示失调电压分布的标准差为14μV,输入噪声普密度为18.19nV/√Hz.

GPS/AHRS紧耦合系统中改进的SRUKF算法

在GPS/AHRS(航姿参考系统)组合导航的数据融合中,常规UKF在应用中由于计算误差易导致协方差负定,影响滤波的精度,甚至使滤波发散而导致系统无法正常工作.针对这一问题提出了一种改进的自适应SRUKF算法,不仅能够解决协方差负定带来的系统无法正常工作的问题,而且能够在保证精度的同时降低系统的计算量.仿真数据结果表明,在先验噪声未知并且噪声时变的情况下,改进的自适应SRUKF算法能够提高系统的精度和稳定性.

GPS信号快速捕获方案中门限设定算法

针对GPS信号快速捕获方案中的门限计算复杂问题,采用聂孟-皮尔逊准则,以发现概率为性能指标,对基于非相干累加和相干累加相结合的GPS信号快速捕获算法的性能进行了详细的理论推导,给出了高低信噪比下通用的判决门限计算方法,并通过系统仿真对理论结果进行了验证.对实际情况中概率分布的合理近似使理论分析过程得以简化,使得判决门限的计算复杂度大大降低.