[发明专利]基于面内模态旋转的轴对称陀螺仪零位自补偿系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于面内模态旋转的轴对称陀螺仪零位自补偿系统，包括轴对称谐振子、陀螺仪驱动与检测模态控制子系统、面内模态旋转控制系统，陀螺仪驱动与检测模态控制子系统包括驱动模态控制部分与检测模态控制部分，驱动模态控制部分用以保持谐振子驱动方向工作于谐振状态，检测模态控制部分用于平衡哥氏效应产生的驻波进动，并将平衡电压作为角速度的测量结果进行输出。与传统IMU的旋转调制相比，本发明所述方法无需旋转机构，不额外增加陀螺仪机构复杂度，具有体积小、成本低的优势。与已有基于模态反转的轴对称陀螺仪零偏抑制技术相比，本发明所述方法无需模态反转的切换时间，可实现对外界角速度的不间断敏感。

技术领域

本发明涉及陀螺仪领域，具体是一种基于面内模态旋转的轴对称陀螺仪零位自补偿系统及方法。

背景技术

陀螺仪是一种测量物体旋转角速度的传感器，是惯性测量领域的核心元件，在民用和军用领域都有十分重要的应用，尤其在军用领域，陀螺仪在越来越智能化的武器设备中都是不可或缺的。零位漂移是陀螺仪面临的恶化陀螺仪精度的关键因素。目前，大多数陀螺仪都采用标定的方法进行零漂的补偿。但由于陀螺仪的零漂与环境因素的关系存在一定的不确定性，在利用一般的方法进行标定补偿时，常面临重复性的挑战，故而极大的限制了补偿的可靠性。

发明内容

发明目的：为解决上述技术问题，本发明提供一种基于面内模态旋转的轴对称陀螺仪零位自补偿系统及方法。

技术方案：本发明所述的一种基于面内模态旋转的轴对称陀螺仪零位自补偿系统，包括轴对称谐振子、陀螺仪驱动与检测模态控制子系统、面内模态旋转控制系统，陀螺仪驱动与检测模态控制子系统包括驱动模态控制部分与检测模态控制部分，驱动模态控制部分用以保持谐振子驱动方向工作于谐振状态，检测模态控制部分用于平衡哥氏效应产生的驻波进动，并将平衡电压作为角速度的测量结果进行输出。

其中，所述面内模态旋转控制系统包括旋转矩阵解算算法模块和面内模态旋转控制系统；旋转矩阵解算算法模块用于实现电极坐标系与旋转坐标系间转换，将面内模态旋转控制系统在旋转坐标系下进行设计，与陀螺仪驱动与检测模态控制子系统建立直接联系，并将旋转坐标系下的输出作为系统的检测输出；面内模态旋转控制系统利用面内模态的正反旋转，消除面内模态旋转所引入的检测零位。

本发明还提供一种基于面内模态旋转的轴对称陀螺仪零位自补偿方法，包括以下步骤：

步骤1：在陀螺仪驱动与检测模态控制子系统和面内模态旋转控制系统的共同作用下，轴对称谐振子驻波运动轴向以缓慢角速度Ω_r旋转；

陀螺仪谐振子运动方程为：

步骤2：利用面内模态旋转控制系统中面内模态正反旋转控制器，实现面内模态旋转正反变换；

步骤3：通过面内模态旋转控制系统中旋转矩阵解算算法模块，实现将陀螺仪驱动与检测模态控制子系统中电极坐标系下的谐振子位移信号v_x、v_y转换为旋转坐标系下的谐振子位移信号r_d、r_s；

此时，谐振子机械误差所形成的零位为：

步骤4：利用信号解调的手段抑制由于谐振子结构误差所形成的零位漂移，消除由于面内模态旋转所引入的检测零位，并输出系统测量结果。

有益效果：本发明具有以下有益效果：

(1)与传统IMU的旋转调制相比，本发明所述方法无需旋转机构，不额外增加陀螺仪机构复杂度，具有体积小、成本低的优势。

(2)与已有基于模态反转的轴对称陀螺仪零偏抑制技术相比，本发明所述方法无需模态反转的切换时间，可实现对外界角速度的不间断敏感。

附图说明