[发明专利]自适应相位对准模块和方法、及振动式陀螺仪测控电路

说明书

本发明公开了一种自适应相位对准模块和方法、及振动式陀螺仪测控电路，其中，自适应相位对准模块，包括一自适应相位对准环路，该自适应相位对准环路包括：可调移相模块，用于根据控制端的信息对输入的第一信号进行移相操作；锁相模块，用于对可调移相模块进行第一移相操作后的第一信号中的特定信息进行锁相滤波；以及鉴相器，用于对锁相模块进行锁相滤波处理后的特定信息与第二信号进行相位比较，得到相位差信息；其中，相位差信息或者相位差信息的等同信息控制第一移相操作的自适应反馈调节以及锁定，锁定时特定信息与第二信号实现相位对准。该模块降低特定信息的相位抖动，并实现高精度、高准确度自适应相位对准，具有较强的鲁棒性。

技术领域

本公开属于惯性技术领域，涉及一种自适应相位对准模块和方法、及振动式陀螺仪测控电路。

背景技术

相对于传统陀螺仪，硅MEMS陀螺仪具有成本低、功耗低、尺寸小、重量轻和可靠性高等显著优势，已经在消费电子、汽车和工业控制等领域实现了广泛的应用。随着近年来研究的深入，MEMS陀螺仪的性能逐渐逼近惯导级，开始应用于惯性导航等尖端领域。

通常MEMS陀螺仪是振动式陀螺，它基于科氏效应进行角速度的感测。如果陀螺仪在X轴被驱动至稳定振荡，此时若.在Z轴再输入一个旋转角速度，那么在Y轴(检测轴)就会产生一个科氏位移，检测此位移量便可获知输入的角速度大小。为了提高抗干扰能力，MEMS陀螺仪一般工作于低通区而非模态匹配区，这就造成科氏位移极其微弱。由于微加工工艺的非理想因素，MEMS陀螺仪的驱动位移会偏离X轴一个角度，使得驱动位移的分量耦合到检测轴，形成正交误差。正交误差的相位滞后科氏位移90度，并且正交误差的幅度远大于科氏位移。通常采用相干解调法来提取科氏位移，完成角速度检测。

MEMS振动式陀螺仪的驱动位移和科氏位移之间的相位关系取决于陀螺仪驱动模态谐振频率和检测模态谐振频率之间的关系，当驱动模态谐振频率大于、小于或等于检测模态谐振频率时，驱动位移和科氏位移之间存在着不同的相位关系。

现有技术中，利用正交误差和科氏位移之间的相位关系为恒定的，不受陀螺仪两模态谐振频率之间的关系影响的性质，提出了一种基于正交误差对准的不依赖陀螺工作模式的相干解调系统，该方案中的MEMS陀螺仪实现了正常驱动、正确检测，刻度因数为1.415mV/°/s，零偏不稳定度为108°/h，该MEMS陀螺仪系统的零偏不稳定度偏高，其电路系统还存在如下问题：(一)采用人工观测相位是否对准，以及人工调节移相器的相移值，非常容易引起相位对准的误差，且该误差还存在随温度和时间蠕变的问题，这必然限制了陀螺的性能；(二)检测通路的正交误差存在相位抖动，相位对准的精度不高，这必然导致解调效果不好，陀螺整体性能不高；(三)驱动环路中驱动位移幅度不稳定。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种自适应相位对准模块和方法、及振动式陀螺仪测控电路，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种自适应相位对准模块1，包括一自适应相位对准环路，该自适应相位对准环路包括：可调移相模块11，用于根据控制端的信息对输入的第一信号进行移相操作；锁相模块12，用于对可调移相模块11进行第一移相操作后的第一信号中的特定信息进行锁相滤波；以及鉴相器13，用于对锁相模块12进行锁相滤波处理后的特定信息与第二信号进行相位比较，得到相位差信息，该第二信号与特定信息之间存在特定的相位对准关系；其中，所述相位差信息或者该相位差信息的等同信息控制所述第一移相操作的自适应反馈调节以及锁定，锁定时特定信息与第二信号实现相位对准。

在本公开的一些实施例中，该自适应相位对准环路，还包括：相位差-误差转换模块，用于将相位差信息转换为误差信息；其中，所述误差信息为相位差信息的等同信息，该误差信息控制所述第一移相操作的自适应反馈调节，使得特定信息与第二信号实现相位对准。