[发明专利]基于IIR滤波的半球谐振陀螺正弦波幅度相位检测方法

权利要求书

1.一种基于IIR滤波的半球谐振陀螺正弦波幅度相位检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

将陀螺输出的模拟信号转换为数字信号，对所述数字信号进行乘法解调，通过信号滤波器滤除二倍频的信号成分，所述信号滤波使用IIR滤波器，

将陀螺输出的模拟信号转换为数字信号的方法为：

将半球谐振陀螺谐振子的运动轨迹等效为二维摆，在恒定的外角速率下，其重心轨迹呈椭圆型，其中a为椭圆半长轴，主波振幅、q为椭圆半短轴，正交波振幅、θ为半长轴转角，驻波进动角、为振子轨道相位，为了获得谐振子运动状态，在x、y方向上分别设置谐振子检测电极，并采用锁相环作为外部参考信号发生器以跟踪谐振子的运动，

谐振子在x、y方向上运动方程为：

(1)

其中，为谐振子固有频率；为振动初始相位，为x电极上正弦波幅值，为y电极上正弦波幅值，为x电极上正弦波相位，为x电极上正弦波相位；通过对不同电极上正弦波幅度相位检测得到半球谐振陀螺谐振子的运动轨迹，

对所述数字信号进行乘法解调方法为相敏解调法，

采用陀螺振动信号公式（1）与参考信号和相乘，进行电极信号的解调，

(2)

(3)

(4)

(5)

谐振子振型与参考信号的同相部分和正交部分分别在x、y上的分量为：、、、，

通过信号滤波器滤除二倍频的信号成分方法为：根据公式(2)(3)(4)(5),通过滤波滤掉二倍频信号后得到

(6)

(7)

(8)

(9)，

两个电极输出的正弦波的幅值和相位根据(10)(11)(12)(13)获得

(10)

(11)

(12)

(13) 。

2.根据权利要求1所述基于IIR滤波的半球谐振陀螺正弦波幅度相位检测方法，其特征在于，所述IIR滤波器为级联型IIR滤波器，其传递函数

（14）

其中代表滤波器的阶数，

表示在第阶的后向系数，表示在第阶的前向系数。

3.根据权利要求2所述基于IIR滤波的半球谐振陀螺正弦波幅度相位检测方法，其特征在于，所述IIR滤波器为IIR型低通滤波器，方法采用椭圆滤波器，采样频率设置为125KHz，通带频率设为50Hz，阶数选为2阶，通带增益为1，阻带增益-80dB，系数采用64位定点数，小数部分用40位表示。

4.根据权利要求3所述基于IIR滤波的半球谐振陀螺正弦波幅度相位检测方法，其特征在于，所述IIR滤波器的FPGA实现方法：

根据公式(14)和设计参数，得到传递函数形式为

（15）

对于二阶IIR，使用直接I型结构加以实现，将传递函数表示为差分方程:

（16）

其中表示当前输出，表示上一时刻输出，表示上2个时刻输出，表示当前输入，表示上一时刻输入，表示上2个时刻输入。