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1、自动化学院毕业设计（论文）开题报告学生姓名：学号：专业：测控技术与仪器指导教师：负责教师：论文题目：数字滤波器抑制MEMS加速计高频噪声的研究与实现2022年3月8日一、立题背景和意义立题背景：加速度计作为惯性导航系统中的一种重要测量组件，其测量精度对整个系统的性能指标有重要影响。但在工程应用中，加速度计输出信号不可避免地受到主要来源于加速度传感器上的机械噪声、控制转换电路的电路噪声以及电压信号传输时的环境噪声三个方面噪声的影响，降低了加速计的使用精度。加速度计的测量精度决定于整个应用系统的噪声电平，对系统的噪声源进行分析是降低噪声、提高测量精度的基础。立题意义：鉴于大多数载体姿态运动频带宽度
2、远小于加速度计噪声带宽，可以考虑利用数字低通滤波器对数据进行预处理。本题中使用FIR数字低通滤波器，能够有效消除与载体姿态运动时域信号重叠而频带不同的噪声影响，同时具有实时性高、成本低廉、性能稳定等优点，非常适用于加速度计信号的实时滤波处理。因此，毕业设计对于培养我初步的科学研究能力，提高其综合运用所学知识分析问题、解决问题能力有重要意义。二、研究内容及研究牌课题研究的主要内容：加速度计作为惯性导航系统中的一种重要测量组件,测量精度对整个系统的性能指标有重要影响。但在多旋翼姿态测量应用中，加速度计输出信号不可避免地受到螺旋桨引起的振动噪声的影响，降低了使用精度。本课题设计采用数字低通滤波器，以
3、消除与载体姿态运动时域信号重叠而频带不同的噪声影响。设计方案：(1)学习和理解数字滤波方法的原理；(2)分析加速度传感器信号及噪声频谱特性；(3)设计合适阶次的数字滤波器，评价滤波效果；(4)设计MEMS加速度计在线采集单元；(5)设计PC端测试程序，对加速度计信号进行滤波：可行性分析：降低噪声对测量精度影响的途径有两种：设计降噪。从噪声产生的根源出发，优化传感器结构设计以降低机械噪声，提高控制转换电路性能以抑制电路噪声等。采用滤波方法降低有效带宽外噪声对加速度计的影响。比较以上两种方法，前者采用优化设计的方法降低噪声，行之有效，但环境噪声无法通过改善设计有效地消除；而后者可以有效降低环境噪声
4、的影响，同时也可以滤除有效频带以外的机械噪声和电路噪声。在工程应用中，加速度计实际输出的是模拟电压信号，对采集到的信号进行处理时首先要将模拟信号进行A/D转换，并对数字信号进行预处理。与模拟滤波器相比，数字滤波器具有成本低廉、性能稳定和易于调整控制的优点。数字滤波可分为有限冲击响应(FIR)数字滤波和无限冲击响应(HR)数字滤波，其中FlR滤波具有线性的相位延迟，易于硬件实现,且计算时间延迟小，非适合实时的信号处理。为此，使用FlR数字低通滤波器抑制MEMS加速计高频噪音是可行的。课题研究中可能遇到的问题：通过傅里叶逆变换获得理想滤波器的单位脉冲响应h(n)可能出现公式运算错误由性能指标无法确
5、定窗函数W(n)和窗口长度M的情况实际滤波器的单位脉冲响应h(n)与计算值偏差过大三、研究目标(1)单片机系统能够实时采集MEMS加速度计输出信号(采集速率IKHZ)；(2)对加速度传感器输出信号进行频谱分析，以图形方式显示；(3)对不同阶次数字滤波器滤波效果进行对比分析；四、参#文献1杨明.加速度计输出信号的信息组成J.华北工学院学报，2000,21(1)：44-46o2胡锦，彭成，孙晓宁.FIR数字滤波器的优化设计J.宇航计测技术，2006,26(6)：48-51.3董长虹.MATLAB信号处理与应用M.北京：国防工业出版社，2005.4李明纬，黄世霞.应用分布式算法在FPGA平台实现FI
6、R低通滤波器J.中国集成电路，2007,16(2)：49-52.5 JENGSS,LINHC,CHANGSM.FPGAimplementationofFIRfilterusingM-bitparalleldistributedarithmeticC/ProcoftheIEEEISCAS.KosIsland.Greece,2006.5:21-24.6 YOOH.ANDERSOND.Hardware-efficientdistributedarithme-ticarchitectureforhigh-orderdigitalfiltersC/ProcoftheIEEEICASSP.Philadel
7、phia,USA,2005:125-128.7 AHMADIS,KORMANC,ZAGHLOULM,etal.CMOSintegratedgassensorchipusingSAWtechnologyC/ProcofISCAS03.Bangkok,Tailand,2003:848-851.8 YASINFM,TYEKF,REAZMBI.Designandimple-mentationofinterfacecircuitryforCMOS-basedSAWgassensorsC/ProcofInternationalIEEEConferenceSOCUSA,2005:161-164.9 SADE
8、KAZ,WLODARSKIW,Kalantar-ZadehDAK,etal.H,andNO?gassensorswithZnOnanobeltlayeron36oLiTaO3and64oLiNbOSAWtransducersC/ProcofIEEE,Sensors.California,USA,2005:1343-1346.10 PLOTNERM,BERGER0,STABH,etal.Minniatu-rizedgasmonitoringsystememployingseveralSAWsensorsC/ProcofIEEEInternationalFrequencyControlSymposiumandPDExhibition.Seattle,Washington,US,2001:520-527.五、计划进度一览表序号教学周研究内容标志性成果（进度检查指标）1第13周熟悉硬件，查阅资料、调研开题报告2第4-7周拟定方案，进行方案比较、筛选。设计硬件组装硬件完成3第810周记录原始MEMS加速计数据软硬件调试4第1112周编写设计说明书说明书5第13周对比加入数字滤波器前后对比6第14-15周毕业设计收尾工作，准备答辩，答辩答辩
