一种半球谐振陀螺标度因数的补偿标定方法及装置制造方法及图纸

一种半球谐振陀螺标度因数的补偿标定装置，包括控制模块(6)、陀螺模块(8)、V/F模块(9)，其特征在于：包括补偿标定模块(7)；所述补偿标定模块(7)采用拟合方法将陀螺模块(8)的温度转换为陀螺模块(8)的频率；然后采用拟合方法建立陀螺标度因数与频率模型，计算标度因数信号；最后根据V/F模块(9)的脉冲信号和标度因数信号计算半球谐振陀螺的数字量信号；所述控制模块(6)用于采集陀螺模块(8)的温度信息，然后发送给补偿标定模块(7)。

Compensation calibration method and device for scale factor of hemispherical resonator gyroscope

A compensation calibration device for the scale factor of a hemispherical resonant gyroscope, including a control module (6), a gyroscope module (8) and a V/F module (9), is characterized in that the compensation calibration module (7) comprises a compensation calibration module (7), and the compensation calibration module (7) converts the temperature of the gyroscope module (8) to the frequency of the gyroscope module (8) by a fitting method. The scale factor and frequency model of the gyroscope is established to calculate the scale factor signal. Finally, the digital signal of the hemispherical resonant gyroscope is calculated according to the pulse signal and the scale factor signal of the V/F module (9); the control module (6) is used to collect the temperature information of the gyroscope module (8) and then sends it to the compensation calibration module (7).

【技术实现步骤摘要】
一种半球谐振陀螺标度因数的补偿标定方法及装置
本专利技术涉及一种半球谐振陀螺标度因数的补偿标定方法及装置，可用来调整半球谐振陀螺标度因数的大小、改善标度因数的温度稳定性，属于惯性

技术介绍
半球谐振陀螺是一种高精度、高可靠、长寿命和耐辐射的惯性姿态敏感器，特别适合航天空间应用。近年来，随着半球谐振陀螺基础理论研究的深入，谐振子精密加工、装配工艺的成熟以及电路控制技术的进步，半球谐振陀螺正逐渐走向工程化应用。与此同时，半球谐振陀螺的工程化面临着一系列的工程技术问题，对产品的工程化设计提出了很大的挑战。半球谐振陀螺的标度因数是一项非常重要的技术指标。从工程化应用的角度考虑，半球谐振陀螺标度因数的数值大小必须保持在合适的数值范围内，同时针对影响其数值波动的温度变化环境具有一定的免疫性，即在外界环境温度的变化中，半球谐振陀螺的标度因数依然能够保证其数值的稳定性。现有的半球谐振陀螺标度因数的数值调整以及温度稳定性的控制，是通过调整V/F变换模块5中采样电阻的大小以及将陀螺表头模块4和V/F变换模块5进行温度控制来实现的。如图1所示，现有的半球谐振陀螺系统包括温控电路模块1、控制电路模块2、温控单元模块3组成。半球谐振陀螺标度因数数值的大小是通过调节V/F变换模块5来实现的。由于V/F变换模块5具有较高的灵敏度，因此对采样电阻阻值的准确性要求特别严苛。由于实际电阻阻值规格的离散性，采用了图2所示的采样电阻的配置方式来保证采样电阻阻值的准确性，采样电阻R的阻值为：在实际的调试过程中第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3阻值的搭配以及计算过程比较复杂，且配调过程需要不断反复迭代。半球谐振陀螺标度因数的温度稳定性是通过图1中的温控电路模块1和温控单元模块3来实现。温控电路模块1用来提供和保证陀螺表头模块4和V/F变换模块5所需的稳定的环境温度。这种方式在系统硬件上额外增加了电路开支，造成了系统体积和功耗的增加。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种半球谐振陀螺标度因数的补偿标定方法及装置，采用补偿标定方法替代现有技术中调节V/F变换模块中采样电阻阻值以及温度控制方法，实现了半球谐振陀螺标度因数数值大小的调整和温度稳定性的控制。本专利技术简单、可靠、实时，在不增加系统功耗和体积的情况下，显著改善了陀螺标度因数的温度稳定性以及数值大小调整的便易性。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种半球谐振陀螺标度因数的补偿标定装置，包括控制模块、陀螺模块、V/F模块，包括补偿标定模块；所述补偿标定模块采用拟合方法将陀螺模块的温度转换为陀螺模块的频率；然后采用拟合方法建立陀螺标度因数与频率模型，计算标度因数信号；最后根据V/F模块的脉冲信号和标度因数信号计算半球谐振陀螺的数字量信号；所述控制模块用于采集陀螺模块的温度信息，然后发送给补偿标定模块。上述半球谐振陀螺标度因数的补偿标定装置，所述补偿标定模块包括温度-频率变换子模块、标度因数温度建模子模块、标度因数比例调整子模块、脉冲计数子模块和乘法器子模块；所述温度-频率变换子模块用于将陀螺模块的温度转换为陀螺模块的频率；所述标度因数温度建模子模块用于陀螺标度因数与温度的曲线拟合建模，并计算陀螺标度因数；所述标度因数比例调整子模块用于调整陀螺标度因数数值的大小；所述脉冲计数子模块用于将V/F模块的RS422脉冲信号转化为数字量信号；所述乘法器子模块根据脉冲计数子模块输出的数字量信号和标度因数比例调整子模块输出的陀螺标度因数，计算半球谐振陀螺的数字量信号。上述半球谐振陀螺标度因数的补偿标定装置，所述补偿标定模块将陀螺模块的温度转换为陀螺模块的频率采用的拟合方法为：f0＝a1×T+b1其中，f0为第二频率信号，a1和b1均为谐振频率拟合的系数，T为温度。上述半球谐振陀螺标度因数的补偿标定装置，所述采用拟合方法建立陀螺标度因数与频率的模型为：k1＝a3×f0+b3其中，k1为标度因数第一信号，a3和b3均为陀螺标度因数与频率模型的两个拟合系数，f0为第二频率信号。上述半球谐振陀螺标度因数的补偿标定装置，所述标度因数信号为：k2＝k1/k目标其中，k2为标度因数信号，k1为标度因数第一信号，k目标为陀螺标度因数的目标数值。上述半球谐振陀螺标度因数的补偿标定装置，所述半球谐振陀螺的数字量信号为：y0＝k2×y1其中y1＝N1-N2式中，y0为数字量信号，y1为第一数字量信号，k2为标度因数信号，N1为正脉冲个数，N2为负脉冲个数。一种半球谐振陀螺标度因数的补偿标定方法，包括如下步骤：步骤一、采用拟合方法将半球谐振陀螺的温度转换为半球谐振陀螺的频率；步骤二、根据步骤一，采用拟合方法建立陀螺标度因数与频率模型，计算标度因数信号；步骤三、根据半球谐振陀螺的V/F模块的脉冲信号和步骤二中的标度因数信号，计算半球谐振陀螺的数字量信号。上述半球谐振陀螺标度因数的补偿标定方法，所述步骤一中将半球谐振陀螺的温度转换为半球谐振陀螺的频率的拟合方法为：f0＝a1×T+b1其中，f0为第二频率信号，a1和b1均为谐振频率的拟合系数，T为温度。上述半球谐振陀螺标度因数的补偿标定方法，所述步骤二中采用拟合方法建立陀螺标度因数与频率的模型为：k1＝a3×f0+b3其中，k1为标度因数第一信号，a3和b3均为陀螺标度因数与频率模型的两个拟合系数，f0为第二频率信号。上述半球谐振陀螺标度因数的补偿标定方法，所述步骤二中计算的标度因数信号为：k2＝k1/k目标其中，k2为标度因数信号，k1为标度因数第一信号，k目标为陀螺标度因数的目标数值。上述半球谐振陀螺标度因数的补偿标定方法，所述步骤三中半球谐振陀螺的数字量信号为：y0＝k2×y1其中y1＝N1-N2式中，y0为数字量信号，y1为第一数字量信号，k2为标度因数信号，N1为正脉冲个数，N2为负脉冲个数。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：(1)本专利技术采用陀螺自身的频率信息(数字量)反映外界温度信息，无需额外添加温度传感器，且频率信息来源于陀螺模块，更能真实的反映陀螺自身的温度信息，具有较强的准确性和实时性；(2)本专利技术相比传统的调节V/F变换模块中采样电阻阻值的方式，本专利技术只需改变标度因数比例调整模块的参数，即可完成标度因数数值大小的调整，大大降低了标度因数数值大小调整的复杂度；(3)本专利技术最重要的是，采用了一种补偿标定的方式，替代原有的温度控制的方式，减少了温度控制所带来的硬件资源的消耗，大大降低了系统的体积和功耗；(4)本专利技术提出的补偿标定主要在FPGA中实现，通过对陀螺谐振频率与温度、标度因数与温度进行曲线拟合建模来获得补偿参数，最后再将参数配置到FPGA中，补偿方法相对简单，方便。附图说明图1为现有技术中标度因数数值调整和温度稳定性控制的拓扑结构示意图；图2为现有技术V/F变换模块中采样电阻的拓扑结构示意图；图3为本专利技术的标度因数补偿标定的拓扑结构示意图；图4为本专利技术的补偿标定模块的拓扑结构示意图；图5为本专利技术半球谐振陀螺力平衡工作模式的简易示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。一种半球谐振陀螺标度因数的补偿标定方法及装置，采用补偿标定方法解决半球谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半球谐振陀螺标度因数的补偿标定装置，包括控制模块(6)、陀螺模块(8)、V/F模块(9)，其特征在于：包括补偿标定模块(7)；所述补偿标定模块(7)采用拟合方法将陀螺模块(8)的温度转换为陀螺模块(8)的频率；然后采用拟合方法建立陀螺标度因数与频率模型，计算标度因数信号；最后根据V/F模块(9)的脉冲信号和标度因数信号计算半球谐振陀螺的数字量信号；所述控制模块(6)用于采集陀螺模块(8)的温度信息，然后发送给补偿标定模块(7)。

【技术特征摘要】
1.一种半球谐振陀螺标度因数的补偿标定装置，包括控制模块(6)、陀螺模块(8)、V/F模块(9)，其特征在于：包括补偿标定模块(7)；所述补偿标定模块(7)采用拟合方法将陀螺模块(8)的温度转换为陀螺模块(8)的频率；然后采用拟合方法建立陀螺标度因数与频率模型，计算标度因数信号；最后根据V/F模块(9)的脉冲信号和标度因数信号计算半球谐振陀螺的数字量信号；所述控制模块(6)用于采集陀螺模块(8)的温度信息，然后发送给补偿标定模块(7)。2.根据权利要求1所述的一种半球谐振陀螺标度因数的补偿标定装置，其特征在于：所述补偿标定模块(7)包括温度-频率变换子模块(10)、标度因数温度建模子模块(11)、标度因数比例调整子模块(12)、脉冲计数子模块(13)和乘法器子模块(14)；所述温度-频率变换子模块(10)用于将陀螺模块(8)的温度转换为陀螺模块(8)的频率；所述标度因数温度建模子模块(11)用于陀螺标度因数与温度的曲线拟合建模，并计算陀螺标度因数；所述标度因数比例调整子模块(12)用于调整陀螺标度因数数值的大小；所述脉冲计数子模块(13)用于将V/F模块(9)的RS422脉冲信号转化为数字量信号；所述乘法器子模块(14)根据脉冲计数子模块(13)输出的数字量信号和标度因数比例调整子模块(12)输出的陀螺标度因数，计算半球谐振陀螺的数字量信号。3.根据权利要求1～2之一所述的一种半球谐振陀螺标度因数的补偿标定装置，其特征在于：所述补偿标定模块(7)将陀螺模块(8)的温度转换为陀螺模块(8)的频率采用的拟合方法为：f0＝a1×T+b1其中，f0为第二频率信号，a1和b1均为谐振频率拟合的系数，T为温度。4.根据权利要求1～2之一所述的一种半球谐振陀螺标度因数的补偿标定装置，其特征在于：所述采用拟合方法建立陀螺标度因数与频率的模型为：k1＝a3×f0+b3其中，k1为标度因数第一信号，a3和b3均为陀螺标度因数与频率模型的两个拟合系数，f0为第二频率信号。5.根据权利要求1～2之一所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘吉利，李建朋，武志忠，李恺，付明睿，李勇，李建鹏，惠欣，冯士伟，陈小娟，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11