[发明专利]具有传感器偏差消除的惯性测量系统和方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及惯性测量，以及，更具体地，涉及一种惯性测量系统和方法，在其中消除了速率传感器或者陀螺仪的固定偏差偏移。

背景技术

角速率传感器或者陀螺仪(gyroscope)，通常统称为陀螺(gyro)，对固定偏移或者偏差敏感，所述固定偏移或者偏差是惯性测量中重要的误差来源。这些固定偏移误差的幅度取决于所使用的传感器或者陀螺仪的类型。在对偏移误差具有严格限制的应用中，通常必须使用具有很低的残留偏移误差的更昂贵的传感器，而那些传感器往往是相对大而且重的。

迄今为止，通过恒定旋转的应用已经去除了偏移误差。例如，水平惯性仪器，诸如陀螺仪和加速计，已经以转盘(carousel)方式绕垂直轴连续地旋转。然而，应用恒定旋转并不总是可行的或者甚至并不是希望的。

对于环形激光陀螺，通过抖动(dither)围绕输入轴的传感器，最小化由众所周知的频率锁定效应所引起的误差。然而，不希望绕其输入轴来旋转传感器，因为除了将要检测的那一个之外，它提供角速率输入。

在已有技术的惯性系统中，还需要依靠复数模型来预测偏移随时间以及由于诸如温度的因素的变化。这些模型在一些应用中能够是非常有用的，但是往往需要把偏移消除到比模型所能够提供的精度更高的级别。

发明内容

总体上，本发明的一个目的是提供一种用于惯性测量的新的且改进的系统和方法，在其中消除了固定偏差偏移。

本发明的另一目的是提供一种具有以上特征的系统和方法，其克服了已有技术的局限性和缺点。

根据本发明，通过提供一种惯性测量系统和方法实现了这些及其它目的，在该系统和方法中，基座(base)根据将要测量的旋转而绕输入轴旋转，绕输入轴的旋转用一个或多个角速率传感器感测，通过抖动围绕与它们的感测轴垂直的轴的传感器来以振动(oscillatory)的方式改变感测轴相对于基座的方位，来消除固定偏差偏移，而来自传感器的信号以抖动频率解调。

附图说明

图1是根据本发明的速率传感器系统的一个实施例的示意透视图。

图2是图1的实施例的俯视图。

图3是在图1的实施例中用于处理来自传感器的信号的系统的框图。

图4是在包含本发明的速率传感器系统的另一实施例中用于处理来自传感器的信号的系统的框图。

图5是包含本发明的速率传感器系统的另一实施例的俯视图，一定程度上是示意图。

具体实施方式

如图1所示，系统包括安装基座(mounting base)11和安装在基座上的调制器12上的两个角速率传感器或者陀螺仪G_x和G_y，传感器的输入轴名义上与基座的x和y轴对齐。调制器绕z轴旋转传感器，该z轴垂直于传感器的输入轴并垂直于基座。

该旋转在本质上是振动或者抖动的，频率在几赫兹至几百赫兹的数量级，而振幅在几毫弧度至几度的数量级。传感器13监测调制器的位置并且提供与调制器和速率传感器的瞬时角位移相对应的信号。如以下更完全地讨论的，该信号允许系统解调或者去除与陀螺输出信号的处理有关的调制效应。

调制器可以是合适的已知的设计，包括振动机械挠曲(flexure)或弹簧、压电致动器、电机、或者基于MEMS的结构。调制的振幅应该足够大以提供陀螺输出信号的足够分辨率，而频率应该高于将要测量的旋转。除此之外，调制器必须在传感器轴的平面内提供稳定的运动。该运动可以具有任意合适的类型，包括简单的周期波形，诸如正弦波或者方波、或者更复杂的运动。

调制传感器13还可以是传统的设计，诸如线圈和磁铁、光学传感器、或者编码器。

调制器的旋转使速率传感器或者陀螺的输入轴相对于基座的固定轴旋转，在任意给定时刻在传感器轴和基座轴之间对齐中的差等于调制器的瞬时角度位置。不同于绕输入轴旋转传感器从而施加角速率输入到传感器的已有技术器件，调制器旋转它们自己的输入轴，而没有乱真(spurious)速率输入。输入轴的方位以抖动的方式随着相对快的振动运动而改变，并且在没有其它外部施加的角度输入的情况下，传感器轴的旋转不产生旋转速率信号。