[发明专利]一种半球谐振陀螺标定因数和零偏自标定方法

说明书

本发明公开了一种半球谐振陀螺标定因数和零偏自标定方法，第一步是速率半球谐振陀螺自激励。利用内部信号处理，完成虚拟哥氏力在检测模态上的施加，等效于外部角速度激励所产生哥氏力的影响；第二步是速率半球谐振陀螺误差自标定。利用基于自激励的速率半球谐振陀螺误差自标定方法，完成常值标度因数和零偏误差的免拆卸快速标定，对带有陀螺内部误差的静电反馈力输出进行补偿，以获得高精度的陀螺敏感角速度输出信号。本发明是标定方法体系上的创新，能有效解决陀螺误差参数时空动态快变性所导致的诸多瓶颈性问题。

技术领域

本发明属于惯性器件技术领域，具体涉及一种陀螺标定因数和零偏自标定方法。

背景技术

陀螺仪零偏等误差参数在长期存储和使用过程中会发生漂移，严重影响其使用精度。具体表现为：在一次通电多组测试情况下，陀螺仪零偏等误差参数存在慢漂、不一致现象；在逐次或多次通电情况下，误差参数呈现时空动态快变性，且其变化规律难以确定。现有的陀螺仪标定方法是依赖于外部高精度转台的速率实验，但此方法体系未能有效解决上述问题，且陀螺仪的定期拆卸标定，对于单表来说，存在维护成本高、工作量大、使用灵活度和快速性降低等诸多问题，这些问题是各种陀螺仪高精度应用的瓶颈性问题。陀螺仪每次使用前的重新标定，将严重影响其反映速度；测试环境和实际应用环境间的差异性，陀螺仪误差参数的时空动态快变性，将导致其高精度难以维持。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种半球谐振陀螺标定因数和零偏自标定方法，第一步是速率半球谐振陀螺自激励。利用内部信号处理，完成虚拟哥氏力在检测模态上的施加，等效于外部角速度激励所产生哥氏力的影响；第二步是速率半球谐振陀螺误差自标定。利用基于自激励的速率半球谐振陀螺误差自标定方法，完成常值标度因数和零偏误差的免拆卸快速标定，对带有陀螺内部误差的静电反馈力输出进行补偿，以获得高精度的陀螺敏感角速度输出信号。本发明是标定方法体系上的创新，能有效解决陀螺误差参数时空动态快变性所导致的诸多瓶颈性问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

步骤1：半球谐振陀螺(HRG，hemispherical resonance gyroscope)的动力学模型为：

其中，x和y分别代表半球谐振子0°和45°方向检测到的振动位移信号，f_x、f_y分别为x和y方向驱动电极施加的静电驱动力和静电反馈力，和为哥氏效应产生的哥氏力耦合项，K为进动因子，Ω为激励角速度；τ为振荡衰减时间常数，其中τ₁和τ₂分别为最大和最小阻尼简正轴上谐振子的振荡衰减时间常数，为非等阻尼误差系数，θ_τ为最大阻尼轴与x轴之间的夹角，其中ω₁和ω₂分别为最大和最小“刚度简正轴”上谐振子的固有振动角频率，△ω为非等弹性误差系数，θ_ω为最小刚度轴与x轴之间的夹角；

步骤2：速率HRG自激励实现；

速率HRG自激励控制模块施加等大反向的两角速度Ω₊和Ω_-，产生虚拟哥氏力和作用于y轴方向；在力反馈控制回路施加静电反馈力和抑制由哥氏力效应和陀螺内部非等阻尼误差成分所引起y轴方向振动；

步骤3：根据速率HRG误差演化模型，利用单轴正反转方法，标定误差演化模型中的标度因数和零偏误差参数，用以补偿静电反馈力输出中的误差成分，提高速率HRG敏感角速度输出精度；

步骤3-1：在力平衡模式下，有将x轴和y轴方向振动状态代入式(1)得：

其中A为谐振子振动幅值，ω_x为x方向的谐振子固有振动角频率，为谐振信号实时相位；

解得：