一种基于振型操纵的振动陀螺测控方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于振型操纵的振动陀螺测控方法与装置，该方法包括：建立谐振子在振型角分别处于静止在固定位置状态与匀速进动状态下的零偏模型；操纵谐振子的振型角在一个周期内按特定时序交替性的处于静止在固定位置状态或匀速进动状态，使振动陀螺的零偏在一个周期内累积的角度漂移为0；通过解算操纵力获得角速度信息作为陀螺输出。本发明专利技术应用于惯性导航领域，通过操纵谐振子的振型角在一个周期内按特定时序交替性的处于静止在固定位置状态或匀速进动状态，解算操纵力获得角速度信息作为陀螺输出，可有效地实现陀螺输出的零偏自补偿，从而提升振动陀螺的精度。从而提升振动陀螺的精度。从而提升振动陀螺的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于振型操纵的振动陀螺测控方法与装置


[0001]本专利技术涉及陀螺仪、惯性导航
，具体是一种基于振型操纵的振动陀螺测控方法与装置。

技术介绍

[0002]陀螺仪是测量载体相对惯性空间旋转运动的传感器，是运动测量、惯性导航、制导控制等领域的核心器件，在航空航天、智能机器人、制导弹药等高端工业装备和精确打击武器中具有非常重要的应用价值。由于陀螺仪的性能直接决定了武器装备的打击精度，因此实现高性能陀螺仪是当前工业装备和国防力量发展的战略需求。随着微小型无人作战平台、小型化精确制导弹药、单兵导航的自主导航与制导，智能机器人以及微型航天器的姿态测量等新兴领域的发展，对高性能、低功耗、低成本的陀螺仪提出了迫切需求。传统的陀螺仪，例如机械转子陀螺、激光陀螺、光纤陀螺等，虽然满足精度高的需求，但体积、功耗、质量、价格等制约了其的应用。而振动陀螺作为一种无转子陀螺，具有高稳定性，低功耗，体积小，结构简单等优点，在大批量和小体积的装备中具有广泛的应用前景。
[0003]由于材料、加工、工艺不完美等因素，使谐振子、电极、线路存在非理想特性，引起陀螺输出存在零偏误差。且上述非理想特性随外界工况而变化，使陀螺的零偏产生漂移，严重影响陀螺的零偏稳定性等性能。
[0004]误差引起的零偏和漂移，混叠在陀螺输出信号当中，难以从陀螺输出信号中将该误差剔除。对于速率型振动陀螺，目前现有技术中为解决零偏和漂移大多采用以下两种方式：其一是对谐振子切换固定的振型角，例如谐振子在振型角在0
°
与90
°r/>时的零偏是等大反向的，将振型角在0
°
与90
°
之间等时间间隔的进行切换，即能实现零偏补偿。但在谐振子在切换振型角的过程中需经过从振动状态衰减至停止后再次启动至振动状态两个阶段，即衰减与重启动，这一过程中，不仅存在可靠性低的问题，例如重启动失败等，而且衰减与重启动所耗时间较长，特别是高Q值谐振子，需要更长的时间进行衰减与重启动，这一过程中陀螺仪无输出的。虽然可以通过采用两个陀螺仪一输出、一切换来规避这个问题，但又会面临两个陀螺仪存在一致性差异的问题，而且出现了冗余配置，导致成本、功耗增加。
[0005]其二是使谐振子的振型角一直处于进动状态，例如在0
°
与180
°
之间来回进动，同样可以实现零偏补偿。但振型角一直处于进动状态下的话，对陀螺仪的标度因数具有较高要求，若标度因数无法达到要求，标度因数的漂移又会带来新的零偏误差，降低陀螺仪精度。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种基于振型操纵的振动陀螺测控方法与装置，能够有效地实现陀螺输出的零偏自补偿。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于振型操纵的振动陀螺测控方法，包括如下
步骤：步骤1，建立振动陀螺的谐振子在振型角分别处于静止在固定位置状态与匀速进动状态下的零偏模型，为：；式中，表示振动陀螺的振型角静止在时的零偏，表示振动陀螺的振型角处于进度速度的匀速进动状态的零偏；，、分别用于表征振动陀螺一对模态的阻尼；为振动陀螺主阻尼轴的位置；步骤2，操纵谐振子的振型角在一个周期内按特定时序交替性的处于静止在固定位置状态或匀速进动状态，使振动陀螺的零偏在一个周期内累积的角度漂移为0；步骤3，在操纵谐振子的振型角按特定时序周期性地处于静止在固定位置状态或匀速进动状态的过程中，通过解算操纵力获得角速度信息作为陀螺输出，实现陀螺输出的零偏自补偿。
[0008]在其中一个实施例，步骤2中，在一个周期内，谐振子的振型角处于静止在固定位置状态下的时间长于处于匀速进动状态下的时间，以减小标度因数漂移带来的不利影响。
[0009]在其中一个实施例，步骤2中，操纵谐振子的振型角在一个周期内按特定时序交替性的处于静止在固定位置状态或匀速进动状态，具体为：操纵振型角静止在固定位置状态，固定位置为，作为一个周期的开始；经过时间后操纵振型角从位置以恒定速度进动到位置，使振型角静止在固定位置；经过时间后操纵振型角从位置以恒定速度进动到位置，使振型角静止在固定位置；经过时间后操纵振型角从位置以恒定速度回到位置，使振型角静止在固定位置；经过时间后操纵振型角从位置以恒定速度回到位置，作为一个周期的结束。
[0010]在其中一个实施例，所述振动陀螺为具有分布质量谐振子的半球谐振陀螺、环形谐振陀螺或杯形谐振陀螺等。
[0011]为实现上述目的，本专利技术还提供一种基于振型操纵的振动陀螺测控装置，采用上述的方法对振动陀螺进行零偏自补偿，所述振动陀螺测控装置包括：振动陀螺，具有分布质量谐振子，用于敏感角运动；振型操纵模块，与所述振动陀螺的谐振子电连接，用于操纵谐振子的振型角静止在固定位置状态或处于匀速进动状态；时序控制模块，与所述振型操纵模块电连接，用于在一个周期内按特定时序操纵
振型交替性的处于静止在固定位置状态或匀速进动状态，使振动陀螺的零偏在一个周期内累积的角度漂移为0；角速度提取模块，与所述振动陀螺的谐振子电连接，解算操纵力获得角速度信息作为陀螺输出。
[0012]本专利技术提供的一种基于振型操纵的振动陀螺测控方法与装置，通过操纵谐振子的振型角在一个周期内按特定时序交替性的处于静止在固定位置状态或匀速进动状态，使得振动陀螺的零偏在一个周期内累积的角度漂移为0，并且在一个周期内使谐振子的振型角处于静止在固定位置状态下的时间长于处于匀速进动状态下的时间，进而解算操纵力获得角速度信息作为陀螺输出，可有效地实现陀螺输出的零偏自补偿，从而提升振动陀螺的精度。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0014]图1为本专利技术实施例中振动陀螺测控方法的流程图；图2为本专利技术实施例中等效的具有二自由度的集中质量
‑
弹簧
‑
阻尼系统示意图；图3为本专利技术实施例中谐振子的动力学模型通解的轨迹图；图4为本专利技术实施例中振型角时序控制示意图；图5为本专利技术实施例中振动陀螺测控装置的模块图。
[0015]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0016]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0017]需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后
……
）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于振型操纵的振动陀螺测控方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，建立振动陀螺的谐振子在振型角分别处于静止在固定位置状态与匀速进动状态下的零偏模型，为：；式中，表示振动陀螺的振型角静止在时的零偏，表示振动陀螺的振型角处于进度速度的匀速进动状态的零偏；，、分别用于表征振动陀螺一对模态的阻尼；为振动陀螺主阻尼轴的位置；步骤2，操纵谐振子的振型角在一个周期内按特定时序交替性的处于静止在固定位置状态或匀速进动状态，使振动陀螺的零偏在一个周期内累积的角度漂移为0；步骤3，在操纵谐振子的振型角按特定时序周期性地处于静止在固定位置状态或匀速进动状态的过程中，通过解算操纵力获得角速度信息作为陀螺输出，实现陀螺输出的零偏自补偿。2.根据权利要求1所述的基于振型操纵的振动陀螺测控方法，其特征在于，步骤2中，在一个周期内，谐振子的振型角处于静止在固定位置状态下的时间长于处于匀速进动状态下的时间，以减小标度因数漂移带来的不利影响。3.根据权利要求1或2所述的基于振型操纵的振动陀螺测控方法，其特征在于，步骤2中，操纵谐振子的振型角在一个周期内按特定时序交替性的处于静止在固定位置状态或匀速进动状态，具体为：操纵振型角静止在固定位置状态，固定位置为，作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙江坤，余升，张勇猛，肖定邦，吴学忠，席翔，李青松，苗桐侨，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：