一種微慣性測量信號的多功能冗余濾波電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于行人實時運動狀態(tài)感測或定位導航中的微慣性測量技術領域，設及一 種電路，特別設及一種微慣性測量信號的多功能冗余濾波電路，適用于在定位與導航系統(tǒng) 應用場合中作為微慣性傳感器的測量信號前置處理電路。
【背景技術】
[0002] 在一些搶險救援、軍事訓練等過程中，整個團隊的安全和協(xié)同工作效率直接依賴 于對每個團隊成員的位置及其運動狀態(tài)的估計。當團隊需穿梭到建筑物內(nèi)、隧道內(nèi)、"城市 峽谷"、或森林樹冠下等難W接收到GPS/北斗等信號的場景時，可采用基于微慣性測量的運 動狀態(tài)估計和慣性導航技術來實現(xiàn)。
[0003] 微慣性測量系統(tǒng)一般由微機械（MEM巧巧螺儀、微機械加速度計等作為傳感器，配 合高性能CPU等集成電路及相應的濾波與估計算法組成定位與導航系統(tǒng)，具有自主、不受 GPS/北斗信號阻斷影響、無需預先部署基礎設施、數(shù)據(jù)更新快及體積小、功耗低、易于設計 成便攜式裝置等優(yōu)點。不足之處在于MEMS傳感器噪聲大、其偏置存在漂移，導航算法誤差 會隨時間積累，系統(tǒng)的精度較低；且常用的慣性信號的濾波與融合，位置、速度及姿態(tài)的導 航算法方案，基本上都是基于軟件完成，算法中需對各種測量信號和觀測數(shù)據(jù)進行濾波與 融合處理，對處理器的內(nèi)部資源和運算能力要求很高、運算數(shù)據(jù)量大、實時計算困難，限制 了工程應用及其產(chǎn)品化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術存在的不足，提出一種微慣性測量信號的多功能冗 余濾波電路。該電路對來自多個微慣性傳感器的冗余模擬量輸入信號進行融合、多頻段濾 波、及基于模擬開關的輸出選擇控制等方案，不但能夠降低測量噪聲，并能夠使后續(xù)算法能 利用所有子頻段的信號特性，快速識別人體運動狀態(tài)，從而可據(jù)此采用相關的約束和修正 算法對定位與導航系統(tǒng)的漂移和誤差進行有效遏制和校正。本發(fā)明能夠大幅提高定位與導 航系統(tǒng)的精度、降低運算量，有利于微慣性定位與導航系統(tǒng)的實時應用。
[0005] 本發(fā)明包括信號冗余輸入電路、多頻段濾波與輸出控制電路。
[0006] 信號冗余輸入電路包括輸入連接件CN1、跟隨器IC1、多個輸入電阻、輸入電容C0 ; 多個輸入電阻分別為第1輸入電阻R01、第2輸入電阻R02、…、第i輸入電阻ROi;輸入連 接件CN1有多個輸入信號端，每個輸入信號端均連接有一個輸入電阻，具體的；其第1輸入 信號端化1端與第1輸入電阻R01的一端連接，輸入連接件CN1的第2輸入信號端Us2端 與第2輸入電阻R02的一端連接，輸入連接件CN1的第i輸入信號端化i端與第i輸入電 阻ROi的一端連接；輸入連接件CN1的地端GND端接地，輸入連接件CN1的電源端VCC端與 電路電源端VCC端連接，跟隨器IC1的正輸入端+IN端同時與第1輸入電阻R01的另一端、 第2輸入電阻R02的另一端、…、第i輸入電阻ROi的另一端、輸入電容C0的一端相連接； 輸入電容C0的另一端接地，跟隨器IC1的負輸入端-IN端同時與IC1的輸出端OUT端、左 低頻電阻R1的一端、左中頻電阻R3的一端、左高頻電阻R5的一端、高頻正端電阻R16的一 端、輸出連接件CN2的融合信號輸出端UF端連接，跟隨器IC1的正電源端+V端與電路電源 端VCC端連接，跟隨器IC1的地端GND端接地；
[0007] 多頻段濾波與輸出控制電路包括低頻放大器IC2、中頻放大器IC3、高頻放大器 IC4、低頻減法器IC5、中頻減法器IC6、高頻減法器IC7、模擬開關IC8、左低頻電阻R1、右低 頻電阻R2、左中頻電阻R3、右中頻電阻R4、左高頻電阻R5、右高頻電阻R6、低頻負端電阻 R7、低頻正端電阻R8、低頻反饋電阻R9、低頻接地電阻R10、中頻負端電阻R11、中頻正端電 阻R12、中頻反饋電阻R13、中頻接地電阻R14、高頻負端電阻R15、高頻正端電阻R16、高頻反 饋電阻R17、高頻接地電阻R18、低頻濾波電容C1、低頻接地電容C2、中頻濾波電容C3、中頻 接地電容C4、高頻濾波電容巧、高頻接地電容C6、低頻反饋電容C7、低頻正端電容C8、中頻 反饋電容C9、中頻正端電容CIO、高頻反饋電容C11、高頻正端電容C12、電源電容C13、輸出 連接件CN2,左低頻電阻R1的另一端與右低頻電阻R2的一端、低頻濾波電容C1的一端連 接，右低頻電阻R2的另一端與低頻接地電容C2的一端、低頻放大器IC2的正輸入端+IN端 連接，低頻接地電容C2的另一端接地，低頻濾波電容C1的另一端與低頻放大器IC2的輸出 端OUT端、低頻放大器IC2的負輸入端-IN端、低頻負端電阻R7的一端、模擬開關IC8的第 1輸入端IN1端連接，低頻放大器IC2的正電源端+V端與電路電源端VCC端連接，低頻放 大器IC2的地端GND端接地；左中頻電阻R3的另一端與右中頻電阻R4的一端、中頻濾波電 容C3的一端連接，右中頻電阻R4的另一端與中頻接地電容C4的一端、中頻放大器IC3的 正輸入端+IN端連接，中頻接地電容C4的另一端接地，中頻濾波電容C3的另一端與中頻放 大器IC3的輸出端OUT端、中頻放大器IC3的負輸入端-IN端、低頻正端電阻R8的一端、中 頻負端電阻R11的一端連接，中頻放大器IC3的正電源端+V端與電路電源端VCC端連接， 中頻放大器IC3的地端GND端接地；左高頻電阻R5的另一端與右高頻電阻R6的一端、高頻 濾波電容巧的一端連接，右高頻電阻R6的另一端與高頻接地電容C6的一端、高頻放大器 IC4的正輸入端+IN端連接，高頻接地電容C6的另一端接地，高頻濾波電容巧的另一端與 高頻放大器IC4的輸出端OUT端、高頻放大器IC4的負輸入端-IN端、中頻正端電阻R12的 一端、高頻負端電阻R15的一端連接，高頻放大器IC4的正電源端+V端與電路電源端VCC 端連接，高頻放大器IC4的地端GND端接地；低頻負端電阻R7的另一端與低頻反饋電阻R9 的一端、低頻反饋電容C7的一端、低頻減法器I巧的負輸入端-IN端連接，低頻減法器IC5 的正輸入端+IN端與低頻正端電阻R8的另一端、低頻接地電阻R10的一端、低頻正端電容 C8的一端連接，低頻接地電阻R10的另一端、低頻正端電容C8的另一端均接地，低頻減法 器I巧的輸出端OUT端與低頻反饋電阻R9的另一端、低頻反饋電容C7的另一端、模擬開關 IC8的第2輸入端IN2端連接，低頻減法器I巧的正電源端+V端與電路電源端VCC端連接， 低頻減法器IC5的地端GND端接地；中頻負端電阻R11的另一端與中頻反饋電阻R13的一 端、中頻反饋電容C9的一端、中頻減法器IC6的負輸入端-IN端連接，中頻減法器IC6的正 輸入端+IN端與中頻正端電阻R12的另一端、中頻接地電阻R14的一端、中頻正端電容CIO 的一端連接，中頻接地電阻R14的另一端、中頻正端電容CIO的另一端均接地，中頻減法器 IC6的輸出端OUT端與中頻反饋電阻R13的另一端、中頻反饋電容C9的另一端、模擬開關 IC8的第3輸入端IN3端連接，中頻減法器IC6的正電源端+V端與電路電源端VCC端連接， 中頻減法器IC6的地端GND端接地；高頻負端電阻R15的另一端與高頻反饋電阻R17的一 端、高頻反饋電容Cll的一端、高頻減法器IC7的負輸入端-IN端連接，高頻減法器IC7的正 輸入端+IN端與高頻正端電阻R16的另一端、高頻接地電阻R18的一端、高頻正端電容C12 的一端連接，高頻接地電阻R18的另一端、高頻正端電容C12的另一端均接地，高頻減法器 IC7的輸出端OUT端與高頻反饋電阻R17的另一端、高頻反饋電容C11的另一端、模擬開關 IC8的第4輸入端IM端連接，高頻減法器IC7的正電源端+V端與電路電源端VCC端連接， 高頻減法器IC7的地端GND端接地；模擬開關IC8的電源端VCC端與電路電源端VCC端連 接，模擬開關IC8的地端GND端接地，模擬開關IC8的輸出端OUT端與輸出連接件CN2的子 頻段信號輸出端U0端連接，模擬開關IC8的低位地址端A0端與輸出連接件CN2的低位地 址選擇端化1端連接，模擬開關IC8的高位地址端A1端與輸出連接件CN2的高位地址選擇 端Uc2端連接，輸出連接件CN2的電源端VCC端與電路電源端VCC端、電源電容C13的正端 連接，電源電容C13的負端接地，輸出連接件CN2的地端GND端接地。
[000引本發(fā)明的有益效果如下；
[0009] 本發(fā)明利用硬件方案對定位與導航系統(tǒng)中的多個微慣性傳感器的冗余輸出信號 實現(xiàn)融合、多頻段濾波及輸出選擇控制，其有益效果在于；一是對定位與導航系統(tǒng)中的微慣 性傳感器實現(xiàn)冗余檢測，對所含隨機誤差是相互獨立的各傳感器輸出信號進行融合，可降 低測量誤差，提高定位與導航系統(tǒng)的精度；二是對傳感器融合信號進行多頻段前置濾波，提 取微慣性測量的各子頻段信號，W便于后續(xù)算法能通過該些子頻段信號特性，快速識別諸 如靜止、行走、跑步或爬行等運動特征，從而可采用相關的約束和修正算法，對定位與導航 系統(tǒng)的漂移和誤差進行有效遏制和校正，W大幅提高定位與導航系統(tǒng)精度；=是采用硬件 方案實現(xiàn)多功能冗余濾波，加上輸出選擇控制電路，可加快整個算法過程，同時也降低了對 CPU資源和運算能力的要求，提高了微慣性定位與導航系統(tǒng)的實時性和精度；四是本發(fā)明 電路可實現(xiàn)各子頻段信號間的無縫銜接；五是本發(fā)明電路易于模塊化，實時性強、成本低、 通用性好、可靠性高。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的電路圖。
【具體實施方式】
[0011] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0012] 如圖1所示，一種微慣性測量信號的多功能冗余濾波電路