[发明专利]科式陀螺仪的运转状况的模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及科式陀螺仪(Coriolis gyro)的运转状况的模拟方法。

背景技术

科式陀螺仪(还称为振动陀螺仪(vibration gyro))越来越多地用于导航目的。科式陀螺仪具有被设置成振动的质量系统。该质量系统(以下还称为谐振器)的振动通常是彼此独立的多个单独振动的叠加。为了使科式陀螺仪运转，首先人为地将谐振器设置成这些单独振动中的一个单独振动，以下将该单独振动称为“激励振动”。当科式陀螺仪正移动/旋转时，产生以下的科式力：该科式力从谐振器的激励振动提取能量并使用所提取到的能量激励出谐振器的另外的单独振动，以下将该另外的单独振动称为“读出振动”。因此，激励振动和读出振动在科式陀螺仪静止的状态下彼此独立，并且仅在科式陀螺仪旋转的情况下彼此耦合。结果，可以通过拾取(pick off)读出振动并且评估相应的读出振动拾取信号来确定科式陀螺仪的旋转。这里，读出振动的振幅变化构成对科式陀螺仪的旋转的测量。优选将科式陀螺仪实现为以下的闭环系统：在该闭环系统中，利用各控制回路不断地将读出振动的振幅复位为优选为0的固定值。

原则上，可以激励出谐振器的任何期望数量的单独振动。这些单独振动之一是人为产生的激励振动。其它的单独振动构成由科式陀螺仪旋转期间的科式力激励出的读出振动。由于机械结构或者因为不可避免的制造公差，不可能防止还激励出谐振器的除激励振动和读出振动以外的其它单独振动，即不可能避免还激励出谐振器的根本不是谐振的一些单独振动。由于在拾取读出振动信号时还读出了这些不期望激励出的单独振动的至少一部分，因此这些不期望激励出的单独振动影响读出振动拾取信号的变化。

此外，由于上述的制造公差，需要接受在激励力/复位力/力传递器/拾取器与谐振器的固有振动之间(也即，在实际的激励与谐振器的读出模式之间)存在轻微的不一致。这同样使得读出振动拾取信号“有误(corrupt)”。

因此，读出振动拾取信号包括由科式力引起的信号部分、由于激励出不期望的谐振而产生的信号部分以及由激励力/复位力/力传递器/拾取器与谐振器的固有振动之间的不一致产生的信号部分。不期望的信号部分分别引起大小不确定的偏差项，其结果使得在评估读出振动拾取信号时产生相应的误差。

对于激励振动拾取信号，存在类似的考虑事项。

发明内容

本发明的目的在于提供以下的方法：借助该方法可以估计上述偏差项的影响和/或大小，由此使得可以对科式陀螺仪进行相应的特征描述。

利用具有权利要求1的特征的方法来实现该目的。在从属权利要求中将找到本发明的构思的更具优势的改进和发展。

根据本发明，在用于描述科式陀螺仪的特征的方法中，将包括用于激励谐振器以使得谐振器振动的力传递器、谐振器和激励振动/读出振动拾取器的系统的相互作用(interaction)表示为离散耦合微分方程组。这里，该方程组的变量表示由力传递器提供给机械谐振器的力信号以及由激励振动/读出振动拾取器产生的读出信号。这里，该方程组的系数包含与将力信号映射到读出信号上的线性变换有关的信息。然后，通过以下的步骤来确定这些系数，即：测量不同时刻的力信号和读出信号，将它们代入方程组中，并对该方程组进行数值求解以获得这些系数。然后，使用这些系数来推断科式陀螺仪的使所述科氏陀螺仪的旋转速率有误的不期望的偏差性质。

术语“读出信号”涵盖了激励振动/读出振动拾取信号及根据这些信号产生的所有其它信号，并且包括与激励振动/读出振动有关的信息。以下还将表示读出振动的读出信号称为读出振动信号，同时还将表示激励振动的读出信号称为激励振动信号。

描述力传递器、谐振器和激励振动/读出振动拾取器的系统的离散耦合微分方程组优选包括两个方程式，在其中的一个方程式中，将激励振动信号表示为用于产生激励振动的力信号与该激励振动信号本身的函数。此外，还可以考虑用于复位读出振动的力信号的函数、读出振动信号的函数和其它函数。由此类推，在第二个微分方程式中，将读出振动信号表示为该读出振动信号本身与用于复位读出振动的相应的力信号的函数。这里，还可以考虑影响激励振动的力信号的函数、激励振动信号的函数和其它函数。利用适当的系数来表示读出信号的函数关系。这些系数定义了将力信号映射到读出信号上的线性变换。如果可以计算出这些系数，则可以进行与不期望的偏差影响的大小有关的声明，由此使得可以在计算上补偿所述影响并产生“无偏差的”旋转速率信号。